Introduction
La distillation d’une plante par entrainement à la vapeur d’eau produit une HUILE ESSENTIELLE (HE) composée principalement de molécules organiques ainsi qu’un HYDROLAT (HA) composé très majoritairement d’eau et de molécules organiques à caractères hydrophiles plus ou moins prononcés.
La très faible miscibilité de ces deux phases liquides (HE et HA) permet de les séparer par simple décantation conduisant à une phase légère (généralement l’HE) et une phase lourde (généralement l’HA).
Les molécules organiques entrainées par la distillation à la vapeur d’eau vont se répartir entre les deux phases en fonction de leur coefficient de partage respectif. Plus la polarité des molécules est prononcée plus grande sera la probabilité de la retrouver dans l’HA.
On peut appréhender cette solubilité différentielle par la mesure du LogP qui est égale au logarithme du rapport des concentrations d’une molécule entre l’octanol (substance fortement lipophile) et l’eau. Cette caractéristique physique, facilement accessible dans la littérature, permet d’estimer, de façon relative, la probabilité de retrouver une molécule donnée dans l’hydrolat (phase aqueuse). Plus la valeur du LogP d’une molécule est petite, plus grande sera la probabilité de la retrouver dans l’hydrolat.
LogP = Log(Coct/Ceau)
| MOLECULES | LogP | Solubilité dans l’eau
mg/litre |
| Eugénol | 2.27 | 2460 |
| Camphre | 2.38 | 1600 |
| Linalol | 2.97 | 1590 |
| Acétate de linalyle | 3.93 | 8.2 |
| Alpha-pinène | 4.83 | 2.5 |
| Béta-caryophyllène | 5.32 | 3.0 |
LogP et solubilité dans l’eau de quelques molécules caractéristiques des huiles essentielles
La connaissance du LogP nous permet de prédire la présence d’une molécule dans l’hydrolat. D’une façon générale, les cétones, les alcools, les oxydes et les phénols ont une forte probabilité de se retrouver dans les hydrolats alors que les esters de hauts poids moléculaires, les monoterpènes et sesquiterpènes ne seront présents qu’en traces.
L’adage qui dit que l’hydrolat est une copie diluée de l’huile essentielle correspondante avec des propriétés similaires mais plus douce ne se vérifie pas toujours à l’éclairage de ce qui précède. En effet, la lavande riche en alcools produira un hydrolat avec des propriétés relativement comparables à son huile essentielle alors que le sapin blanc très riche en monoterpènes produira une huile essentielle et un hydrolat avec leurs propriétés propres.
Caractérisation des hydrolats
Aspects quantitatifs et qualitatifs
Par convention, la production d’hydrolat ne devrait jamais dépasser la masse de plante fraîche mise en œuvre lors de la distillation, c’est la règle des « un pour un » 1 litre d’hydrolat par kg de plante fraîche chargée dans l’alambic.
La quantité de molécules extraites de la plante présentent dans l’hydrolat est fonction d’une part de la nature de la plante distillée et d’autre part du rapport entre le volume d’hydrolat prélevé et la masse de plante chargée.
Une mesure directe de la quantité des principes actifs dans les hydrolats n’est pas judicieuse vue les très faibles concentrations, en générale moins de 1000 ppm (1 ppm = 1 mg/kg)
Pour contourner cette difficulté, on effectue, sur un échantillon de 100 ml d’HA une extraction des principes actifs dans un solvant très lipophile (le pentane). La solution de pentane, qui contient tous les principes actifs, est ensuite déshydratée et filtrée. Finalement le pentane est évaporé (point d’ébullition 36°C) à pression ambiante et le résidu de cette évaporation (les principes actifs de l’HA) est quantifié par pesée et analysé par chromatographie en phase gazeuse.
La bi-distillation
Pour certaines plantes, suite à la distillation primaire à la vapeur d’eau de la plante, une deuxième distillation est pratiquée sur l’hydrolat. Celui-ci est rechargé dans l’alambic ou l’on pratique une deuxième distillation en injectant directement la vapeur dans l’hydrolat ce qui permettra aux actifs volatiles de l’HA primaire de s’évaporer. On conserve généralement que les premiers 50% de l’hydrolat bi-distillé. La bi-distillation permet d’augmenter la concentration en principes actifs de l’HA. L’HA bi-distillé est ensuite micro-filtré à 0.2 micron (garantie bactériologique) et conditionné immédiatement dans des flacons préalablement stérilisés.
Exemple 1 : Lavande officinale bi-distillée
Concentration en principes actifs dans l’hydrolat
- Nom scientifique: Lavandula angustifolia
- N° de lot : DHE 2020-003
- Rapport de la distillation primaire : 1/1 (kg plante fraîche/ kg d’HA)
- Rapport de la bi-distillation : 1/0.5 (kg plante fraîche/ kg d’HA)
- Concentration en principes actifs dans HA : 0.1071 % = 1071 ppm
Les principales molécules dans l’huile essentielle et l’hydrolat de lavande officinale
| Molécules | Familles | LogP | Solubilité
Eau (mg/l) |
% dans HE | % dans HA(1) | mg/lHA(2) |
| Béta-caryophyllène | Sesquiterpène | 5.32 | 3.0 | 1.67 | Trace | Trace |
| Alpha-pinène | Monoterpène | 4.83 | 2.5 | 0.61 | Trace | Trace |
| Limonène | Monoterpène | 4.57 | 7.6 | 0.93 | Trace | Trace |
| Béta-ocimène | Monoterpène | 4.36 | 2.6 | 3.80 | Trace | Trace |
| Camphène | Monoterpène | 4.22 | 4.2 | 0.59 | Trace | Trace |
| Myrcène | Monoterpène | 4.17 | 5.6 | 2.01 | Trace | Trace |
| Béta-pinène | Monoterpène | 4.16 | 4.9 | 0.43 | Trace | Trace |
| Sabinène | Monoterpène | 3.94 | 2.5 | 0.15 | Trace | Trace |
| Acétate de linalyle | Ester | 3.93 | 8.2 | 23.68 | Trace | Trace |
| Acétate de lavandulyle | Ester | 3.52 | 6.8 | 3.65 | Trace | Trace |
| Alpha-terpinéol | Alcool | 2.98 | 7100 | 8.90 | 19.42 | 208 |
| Linalol | Alcool | 2.97 | 1590 | 30.64 | 46.59 | 499 |
| 1,8 cinéol (Eucalyptol) | Oxyde | 2.74 | 3500 | 1.39 | 3.45 | 37 |
| Camphre (Bornéone) | Cétone | 2.38 | 1600 | 0.50 | 0.93 | 10 |
| Lavandulol | Alcool | 2.32 | 1588 | 1.50 | 13.35 | 143 |
- La colonne « % dans HA » correspond aux concentrations en molécules biochimiques rapportées à la fraction organique de l’HA sans tenir compte de l’eau qui représente plus de 99% de l’hydrolat.
- La colonne mg/lHA correspond aux concentrations en molécules biochimiques rapportées à la totalité de l’HA
Commentaires :
- Toutes les molécules identifiées dans l’HA sont présentes dans l’HE, certaines en traces.
- Les familles des monoterpènes et sesquiterpènes, en quantité limitée dans l’HE, sont pratiquement absentes dans l’HA.
- Une forte concentration en alcool est à remarquer (linalol, alpha-terpinéol, lavandulol)
- Le 1,8 cinéol de la famille des oxydes triple presque sa concentration dans l’HA par rapport à l’HE.
- L’acétate de linalyle, composé majoritaire après le linalol dans l’HE est en trace dans l’HA.
- Le camphre de la famille des cétones double sa concentration dans l’HA par rapport à l’HE.
- Les molécules constitutives de l’HA présentent un LogP inférieur à 3.00 et une solubilité dans l’eau nettement supérieure à 1000 mg/litre.
- La concentration en linalol dans l’HA , substance allergène, avoisine les 500 mg/lHA. La législation suisse exige qu’à partir de 1000 mg/l, une substance allergène soit mentionnée sur l’étiquetage du produit. Pour l’HA de lavande cette mention n’est donc pas nécessaire.
- Au vu de sa composition, les propriétés thérapeutiques de l’HA de lavande peuvent s’apparenter aux propriétés de l’huile essentielle correspondante en notant toutefois que la concentration en acétate de linalyle est réduite au niveau de traces.
Exemple 2 : Sapin blanc bi-distillé
Concentration en principes actifs dans l’hydrolat
- Nom scientifique : Abies alba
- N° de lot : HA-1011
- Rapport de la distillation primaire : 1/0.48 (kg plante fraîche/ kg d’HA)
- Rapport de la bi-distillation : 1/0.25 (kg plante fraîche/ kg d’HA)
- Concentration en molécules biochimiques : 0.0245 % (245 ppm) inclus Méthanol et Ethanol
Les principales molécules dans l’huile essentielle et l’hydrolat de Sapin blanc
| Molécules | Familles | LogP | Solubilité
Eau (mg/l) |
% dans HE | % dans HA(1) | mg/lHA(2) |
| Béta-cédrène | Sesquiterpènes | 6.20 | 0.13 | 1.51 | Indétectable | Indétectable |
| Alpha-pinène | Monoterpènes | 4.83 | 2.50 | 19.90 | Indétectable | Indétectable |
| Limonène | Monoterpènes | 4.57 | 7.60 | 51.38 | 0.028 | 0.07 |
| Acétate de bornyle | Esters | 4.30 | 9.70 | 0.75 | 2.000 | 4.85 |
| Camphène | Monoterpènes | 4.22 | 4.20 | 8.95 | 0.025 | 0.06 |
| Béta-myrcène | Monoterpènes | 4.17 | 5.60 | 1.32 | Indétectable | Indétectable |
| Béta-pinène | Monoterpènes | 4.16 | 4.90 | 1.76 | Indétectable | Indétectable |
| Alpha et béta Thuyone | Monoterpénone | 3.70 | 407 | Indétectable | 0.55 | 1.34 |
| Géraniol | Alcools | 3.56 | 100 | Indétectable | 1.37 | 3.35 |
| Bornéol | Alcools | 3.24 | 738 | Indétectable | 3.43 | 8.40 |
| Alpha-terpinéol | Alcools | 2.98 | 7100 | 0.12 | 10.30 | 25.23 |
| Citronellol | Alcools | 2.89 | 1370 | Indétectable | 0.67 | 1.64 |
| Linalol | Alcools | 2.97 | 1590 | Indétectable | 1.31 | 3.21 |
| 1,8 Cinéol | Oxyde | 2.74 | 3500 | Indétectable | 0.62 | 1.52 |
| Camphre (bornéone) | Monoterpénone | 2.38 | 1600 | Indétectable | 1.00 | 2.45 |
| Verbénone | Monoterpénone | 2.24 | 943 | Indétectable | 1.19 | 2.91 |
| Z-3-HEXEN-1-OL | Alcools | 1.61 | 16’000 | Indétectable | 11.58 | 28.37 |
| Benzaldéhyde | Aldéhyde | 1.48 | 6900 | Indétectable | 0.42 | 1.03 |
| Méthanol | -0.80 | ∞ | Indétectable | 14.70 | 36.00 | |
| Ethanol | -0.31 | ∞ | Indétectable | 35.51 | 87.00 |
- La colonne « % dans HA » correspond aux concentrations en molécules biochimiques rapportées à la fraction organique de l’HA sans tenir compte de l’eau qui représente plus de 99% de l’hydrolat.
- La colonne mg/lHA correspond aux concentrations en molécules biochimiques rapportées à la totalité de l’HA
Commentaires :
- Plusieurs molécules indétectables dans l’HE sont majoritaires dans l’HA.
- Les monoterpènes, composés majoritaires dans l’HE sont pratiquement indétectables dans l’HA
- A noter la présence de méthanol et d’éthanol en fortes concentrations dans l’HA, molécules totalement absentent de l’HE
- L’HE est majoritairement représentée par les monoterpènes
- L’HA est majoritairement représenté par les alcools.
- Les molécules constitutives de l’HA présentent un LogP inférieur à 3.00 et une solubilité dans l’eau supérieure à 1000 mg/litre comme pour l’HA de lavande.
- Au vu de sa composition, les propriétés thérapeutiques de l’HA de sapin blanc ne s’apparentent pas nécessairement aux propriétés de son huile essentielle.
Conclusions
Les trop rares informations relatives à la composition des hydrolats dans la littérature doit nous inciter à la prudence lorsque l’on veut prédire les propriétés d’un hydrolat, particulièrement avec les plantes riches en mono et sesqui terpènes.
L’analyse des composants d’une huile essentielle (logP et solubilité dans l’eau) peut apporter une information précieuse mais que partielle sur les molécules qui seront potentiellement présentent ou pas dans l’HA. En effet, des molécules totalement absentes de l’HE peuvent être présentes, voir majoritaires dans l’HA ( le 3-HEXEN-1-OL, le méthanol et l’éthanol en sont des exemples pour l’HA de sapin blanc).
Pour connaitre la vraie nature biochimique des HA, l’analyses chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS) effectuées après extraction des principes actifs reste pour le moment incontournable. Dans le cadre de nos travaux nous collaborons avec la firme « Pyrenessences Analyses » pour ce type de mesure.
Toutes ces considérations relèvent uniquement des aspects biochimiques des hydrolats, sa nature énergétique, qui serait le reflet de l’expression de la plante toute entières ne sera jamais révélée par une méthode analytique physico-chimique aussi sophistiquée soit elle.
Appréhender les propriétés d’un hydrolat dans son ensemble nécessite, à notre avis, de prendre en compte à la fois ses composantes biochimiques et ses composantes énergétiques et de les confronter aux données, parfois empiriques de la littérature et de nos propres expériences. L’étude de ces cadeaux de la nature que sont les hydrolats est passionnante, enrichissante et nous incite à beaucoup d’humilité.
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Post-scriptum
Remarque sur la composition biochimique des hydrolats
La composition biochimique des hydrolats décrite dans la littérature est parfois assez incompréhensible voir incohérente. En effet, certaines sources mentionnent des concentrations élevées en molécules très peu voir insolubles dans l’eau comme les monoterpènes, sesquiterpènes, esters terpéniques qui se caractérisent par leurs caractères apolaires particulièrement hydrophobes.
Dans un hydrolat 100% pur, sans agent conservateur ni alcool rajouté il est plus qu’improbable de retrouver ces molécules apolaires si ce n’est qu’en traces même si elles sont majoritaires dans l’huile essentielle.
Ces allégations difficilement compréhensibles peuvent s’expliquer, à notre avis, de deux façons.
La première qui relève d’un a priori prétendant que la composition biochimique des hydrolats est plus ou moins semblable à celle de l’huile essentielle correspondante mais dans des concentrations plus faibles. Ce genre d’affirmations qui pullulent sur le WEB ne sont généralement pas étayées par des analyses chromatographiques pour les confirmer. C’est un moyen simple mais hasardeux d’évaluer la composition des hydrolats.
La deuxième hypothèse relève d’une approche plus scientifique et basée non plus sur des a priori mais sur des analyses chromatographiques. Alors comment peut-on expliquer sur la base d’analyses qu’un hydrolat contient, parfois majoritairement, des molécules apolaires pratiquement insolubles dans l’eau.
En fin de distillation d’une plante aromatique, l’huile essentielle et l’hydrolat sont séparés par décantation. A ce stade, des micro gouttelettes d’HE restent dispersées, de façon hétérogène (non solubilisées) dans l’hydrolat.
Généralement l’hydrolat encore chargé de ces micro gouttelettes est filtré sur des filtres en profondeur d’environ 0.2 micron qui permettent la stérilisation à froid de l’hydrolat. Cette filtration a comme effet subsidiaire d’adsorber ces micro gouttelettes et ainsi de conférer à l’hydrolat une homogénéité parfaite. L’hydrolat est parfaitement limpide et ainsi seules les molécules effectivement solubles dans l’eau sont présentes.
Si l’on considère qu’un hydrolat est un produit pur et homogène, l’analyse de sa composition doit impérativement être effectuée après l’étape de filtration. D’autre part, le changement des filtres doit être effectué avant leur saturation en micro gouttelettes. Dans ces conditions, l’analyse chromatographique des hydrolats reflète la véritable composition biochimique.
Démonstration de la faisabilité de cette hypothèse avec un HA de lavande officinale
- Solubilité maximale de l’acétate de linalyle dans l’eau = 0.0008 % (8 ppm)
- Quantité maximale d’acétate de linalyle dans 100 ml d’HA = 0.8 mg pour 100 ml HA
- Concentration en Acétate de linalyle dans l’HE = 30%
- Hypothèse que 2 gouttes d’acétate de linalyle sont dispersées dans 100 ml HA = 70 mg d’HE
- Masse d’acétate de linalyle (micro gouttelettes) dans l’HA : 70*30/100 = 21 mg
La concentration en acétate de linalyle dans l’HA a été augmentée artificiellement par les micro gouttelettes d’huile essentielle de plus de 25 fois.
Cette démonstration pourrait expliquer qu’une analyse effectuée sur un hydrolat qui ne serait pas parfaitement homogène (absence totale de miro gouttelettes) peut afficher des concentrations importantes en molécules notablement apolaires.
