Etude du comportement des caroténoïdes et rétinoïdes en digestion in vitro : stabilité, bioaccessibilité et pouvoir antioxydant au niveau intestinal

par Julie Courraud

Thèse de doctorat en Nutrition-santé

Sous la direction de Jacques Berger et de Sylvie Avallone.

Le président du jury était Valérie Micard.

Le jury était composé de Sylvie Avallone, Patrick Borel, Jean-Pierre Guyot.

Les rapporteurs étaient Jean-Marie Bard, Catherine Caris-Veyrat.


  • Résumé

    Selon la FAO, 2 milliards de personnes souffrent de la « faim cachée » qui correspond aux carences en micronutriments incluant la carence en vitamine A, principale cause de cécité dans le monde. Par ailleurs, une alimentation excédentaire est source de stress oxydant pour le corps, facteur de risque de nombreuses maladies non transmissibles comme le diabète et les maladies cardiovasculaires. Contenus dans les produits végétaux, certains caroténoïdes représentent une source indirecte de vitamine A et pourraient participer aux effets bénéfiques de la consommation de fruits et légumes via des propriétés antioxydantes. Dans cette thèse, le comportement in vitro des caroténoïdes et rétinoïdes pendant la digestion a été étudié, depuis leur libération de la matrice alimentaire jusqu'à leurs interactions avec les cellules intestinales. Mes recherches s'articulent autour de la micellisation : processus clé de l'absorption des caroténoïdes et rétinoïdes. Dans un premier temps, la stabilité et la bioaccessibilité en digestion in vitro de ces composés purs ont été comparées à celles de leurs homologues issus d'un jus de carotte, d'épinards crus et cuits et d'une farine fortifiée. Dans un deuxième temps, un nouveau modèle d'oxydation de nano-émulsions intestinales à base de sels biliaires (SB) a été développé. Les relations entre structure des micelles mixtes, réactivité à l'oxydation et protection par des antioxydants ont été étudiées grâce notamment au suivi de la dégradation des acides gras. Enfin, des expériences préliminaires ont été menées sur la réactivité enzymatique de cellules coliques (Caco-2) à divers oxydants et aux micelles mixtes. Pendant la digestion in vitro, le β-carotène et palmitate de rétinyl purs étaient particulièrement instables contrairement à la lutéine et à l'acétate de rétinyl. De plus, la matrice alimentaire protège ces composés et favorise leur bioaccessibilité surtout lorsqu'elle est broyée ou cuite. En effet, les prétraitements ont un impact conséquent sur la libération des caroténoïdes et doivent être considérés comme des moyens sérieux pour optimiser les apports. Les nano-émulsions intestinales mises au point se composaient de micelles mixtes sphériques ou cylindriques, ces dernières étant les moins résistantes à l'oxydation. En effet, la distribution des molécules de SB doit être différente selon la morphologie de la micelle, impactant ainsi leur réactivité. Dans nos conditions expérimentales, l'AAPH fut le seul oxydant efficace. L'α-tocophérol et la lutéine ont significativement ralenti la dégradation des acides gras contrairement au β-carotène. Leur place au sein de la micelle (cœur ou bordure) pourrait expliquer ces observations. Enfin, aucun des oxydants testés n'a significativement modifié l'activité catalase des cellules Caco-2. En revanche, la mise en contact avec les micelles à base de SB ont significativement diminué l'activité des 3 enzymes suivies. L'effet était positivement corrélé à la concentration en SB dont la conjugaison fut un élément déterminant. Finalement, le β-carotène, la lutéine, et l'acétate de rétinyl présents dans ces micelles ont en partie rétabli l'activité de la catalase contrairement au rétinol, palmitate de rétinyl et à l'α-tocophérol.

  • Titre traduit

    Study of carotenoids and retinoids behaviour during in vitro digestion : stability, bioaccessibility and antioxidant properties in the intestine


  • Résumé

    According to the FAO, two billions of people suffer from the « hidden hunger » which corresponds to micronutrient deficiencies and includes the vitamin A deficiency, principal cause of blindness throughout the world. Besides, an excessive food consumption entails an oxidative stress for the organism which increases the risk to develop non communicable diseases such as diabetes and cardiovascular diseases. Present in numerous fruits and vegetables, some carotenoids are an indirect source of vitamin A and could also contribute to the health benefits of the consumption of fruits and vegetables via antioxidant properties. In this thesis, in vitro behaviour of carotenoids and retinoids during in vitro digestion (IVD) has been studied, from their release from dietary matrices to their interactions with intestinal cells. My research is structured around micellisation: key process of carotenoid and retinoid absorption. First, stability and bioaccessibility during IVD of these pure compounds have been compared with those of their homologues from carrot juice, raw and cooked spinach and fortified flour. Second, a new model of oxidation of intestinal bile salt (BS)-based nanoemulsions has been developed. Relations between mixed micelles structure, reactivity to oxidation and protection by antioxidants have been studied using fatty acid degradation monitoring. Finally, preliminary experiment were carried out on enzymatic reactivity of colon cells (Caco-2) to various oxidants and mixed micelles. During IVD, pure β-carotene and retinyl palmitate were particularly unstable conversely with lutein and retinyl acetate. Moreover, the dietary matrix protected these compounds and favoured their bioaccessibility especially when it was grounded or cooked. Indeed, pre-treatment have a significant impact on carotenoid release and should be considered as serious means to optimize intake. Developed intestinal nanoemulsions constituted of spherical or cylindrical micelles, the latter being less resistant to oxidation. Distribution of BS molecules is likely to differ according to the micelle morphology, thereby influencing their reactivity. In our experimental conditions, AAPH only was efficient as oxidant. Lutein and α-tocopherol significantly slowed fatty acid degradation, conversely with β-carotene. Their location within the micelle (core or border) could explain these observations. Besides, none of the tested oxidant significantly modified the catalase activity of Caco-2 cells. However, the contact with BS-based nanoemulsions significantly decreased the activity of the three tested enzymes. This effect was positively correlated with BS concentration whose conjugation revealed determining. Finally, β-carotene, lutein and retinyl acetate in micelles partly re-established catalase activity, conversely with retinol, retinyl palmitate and α-tocopherol. To conclude, IVD is an easy tool which allows independent comparisons of several parameters on micronutrient behaviour during digestion. Furthermore, the confrontation of different matrices may help to develop relevant strategies against vitamin A deficiency. Proposed nanoemulsions displayed various physical and chemical characteristics, thereby influencing their reactivity to oxidation. The antioxidant capacity of lutein and α-tocopherol could be observed in this new model. Lastly, the preliminary results on Caco-2 cells revealed some interesting interactions between micellised BS and antioxidant enzymes. Numerous questions arose that could not be addressed in this work but open perspectives for the future.


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