Water is one of the greenest and most accessible solvents. To harness its potential, the water-based microwave-assisted extraction (MAE) of pigments from madder was optimized by the response surface methodology (RSM) using a Box–Behnken experimental design. The extract that presented both the highest extraction yield and the most intense color was obtained after a 30-s cycle at 1000 W using 100 mg of madder for 20 mL of water. This water-based MAE was more efficient than Soxhlet extraction and proved comparable to hydroalcoholic MAE. The optimized extract was further characterized using UHPLC-HRMS/MS to identify its main compounds. Glycosylated flavonoids and anthraquinones were putatively identified, as well as free anthraquinones, generally found in madder. The microwave-assisted extraction extended the range of polarity of the extracted compounds, making the water more versatile.

Annatto, obtained from the seeds of achiote (Bixa orellana L.), is a widely used orange pigment rich in bixin and other apocarotenoids. This work reports the optimisation of a green extraction method of pigments and antioxidant compounds from achiote as well as its integration in a one-step green extraction-cosmetic formulation process. A biphasic solvent system of water and oil was used to recover simultaneously polar polyphenols, and less polar compounds, such as δ-tocotrienol and bixin. The optimisation of the ultrasound assisted extraction is presented, as well as a comparison of different vegetable oils used as extraction solvents. The composition, physicochemical properties and antioxidant activity of the oils were studied and their extraction performance was compared. Refined sunflower oil proved to be a better solvent than virgin olive, jojoba, coconut and grapeseed oils. Both aqueous and oil phases displayed an interesting antioxidant capacity. The oil phase contained 0.9% of bixin, as well as minor apocarotenoids and δ-tocotrienol. Twelve compounds, mainly phenolics, were identified by UHPLC-DAD-HRMS/MS in the aqueous phase. Twenty-one volatile compounds were identified in the volatile fraction by SPME-GC-MS. Lastly, a one-step green process is proposed to combine the extraction and the cosmetic formulation of the bioactive compounds.

Les colorants végétaux peuvent être utilisés en cosmétique pour leur couleur, mais aussi pour certaines activités biologiques (antioxydante ou anti-UV par exemple). L'utilisation d'un solvant vert, non toxique et le développement de méthodes d'éco-extraction permettent de valoriser les colorants végétaux, ainsi que les autres molécules non colorées présentes dans les plantes tinctoriales dans des ingrédients cosmétiques plus respectueux de l'environnement et de la santé humaine. L'eau est considérée comme l'un des solvants les plus verts et elle est à la base de la plupart des formulations cosmétiques. Cependant, en raison de leur polarité ou de leur stabilité, certains colorants peuvent difficilement être extraits à l'eau par des méthodes d'extraction conventionnelles. L'objectif de la thèse est le développement de méthodes d'éco-extraction permettant d'accéder à des colorants de polarité variée utilisant l'eau comme solvant d'extraction et la caractérisation phytochimique des extraits ainsi obtenus. Trois plantes ont été étudiées, la garance des teinturiers (Rubia tinctorum L.), riche en anthraquinones moyennement polaires, le roucou (Bixa orellana L.), dont la couleur provient de la bixine, un apocaroténoïde liposoluble et le campêche (Haematoxylum campechianum L.), dont le colorant, l'hématéine, est hydrosoluble, mais relativement instable en solution. Pour chaque colorant, le développement et l'optimisation de la méthode d'extraction sont présentés, ainsi que la caractérisation de la couleur, de la composition phytochimique et de l'activité de l'extrait optimal. Enfin, plusieurs voies de valorisation dans des formulations cosmétiques sont proposées.