Extraction, identification and antioxidant activity of the phenolic secondary metabolites isolated from the leaves, stems and fruits of two shrubs of the Ericaceae family

par Oana-Crina Bujor

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Claire Dufour et de Valentin Popa.

Soutenue le 19-04-2016

à Avignon en cotutelle avec l'Universitatea tehnică "Gheorghe Asachi" (Iaşi, Roumanie) , dans le cadre de École doctorale 536 « Sciences et agrosciences » (Avignon) , en partenariat avec Sécurité et Qualité des Produits d'Origine Végétale (laboratoire) .

Le président du jury était Nicolae Hurduc.

Le jury était composé de Nicolae Hurduc.

Les rapporteurs étaient Hélène Fulcrand, Florin-Dan Irimie, Teodor Malutan.

  • Titre traduit

    Extraction, identification et activité antioxydante des métabolites secondaires phénoliques isolés des feuilles, branches et fruits de deux arbrisseaux de la famille des Ericacées


  • Résumé

    La myrtille et l’airelle rouge, deux arbrisseaux de la famille des Ericacées, sont consommées comme des aliments, boissons et suppléments alimentaires pour leur valeur nutritionnelle et leur richesse en polyphénols antioxydants. Dans les plantes, la qualité et la quantité de composés phénoliques sont influencées par les parties morphologiques de la plante à utiliser. En particulier, les composés phénoliques des végétaux exercent leur activité antioxydante dans la protection des lipides alimentaires et le compartiment gastrique a été proposé comme le site majeur pour le stress oxydatif lié au régime alimentaire. L’objectif général de cette thèse était d’étudier les variations saisonnières des composés phénoliques d’extraits de feuilles, branches et fruits de la myrtille et de l’airelle rouge ainsi que l’activité antioxydante de ces extraits. Pour cette étude, des extraits aqueux et hydroéthanoliques (fruits uniquement) des échantillons collectés en mai, juillet et septembre pendant les années 2013-2014 ont été obtenus par extraction assistée par microondes.Les analyses qualitatives et quantitatives par UPLC / MS des extraits de la myrtille ont montré la présence de dérivés de l’acide caféique et de l’acide p-coumarique et des glycosides de flavonols dans les feuilles tandis que des oligomères de flavanols étaient aussi présents dans les branches, et ce dans des quantités élevées. La thioacidolyse a révélé de faibles degrés de polymérisation (2-4) et l’(-)-épicatéchine comme unité principale des flavan-3-ols. Il existe une très bonne corrélation entre la Somme des Composés phénoliques par UPLC et la Teneur en Polyphenols Totaux ou l’activité antioxydante dans le test DPPH, excepté pour les feuilles du mois de mai. Ces dernières sont relativement riches en dérives de l’acide p-coumarique. Les effets de la saison apparaissent plus marqués pour les feuilles qui présentent une plus grande activité antioxydante et teneur en polyphénols en juillet et septembre. Ces paramètres sont optimaux en juillet pour les branches de myrtille. La période de de cueillette peut être définie en fonction des structures phénoliques désirées.Dans l’airelle rouge, la présence prédominante de monomères et oligomères de flavanols et de glycosides de quercétine a été identifiée dans toutes les parties morphologiques. Les proanthocyanidines contiennent la (+)-catéchine et la (-)-épicatéchine comme unités d'extension et terminale. De plus, la teneur en polyphénols totaux (méthode de Folin, UPLC) a montré une augmentation légère mais significative de mai à septembre pour les feuilles et les branches. Cette augmentation a été confirmée pour l'activité antioxydante dans le test DPPH pour les feuilles et les branches en 2014.L’activité antioxydante des extraits de myrtille et d’airelle rouge lors de l’inhibition de l’oxydation lipidique (accumulation de diènes conjugués) a été évaluée dans des conditions in vitro simulant la digestion. Tout d'abord, l'inhibition de l’oxydation lipidique a été conduite sur des émulsions huile de tournesol-dans-eau stabilisées par la sérum albumine bovine (BSA) ou des phospholipides d’œuf (PL), qui simulent l’état physique des lipides alimentaires lors de la digestion gastrique. L’oxydation a été initiée par la metmyoglobine, une forme de fer apportée par la viande rouge. Dans les deux modèles d’émulsions, les extraits aqueux des branches et des feuilles et l’extrait hydroethanolique de fruit de myrtille sont des inhibiteurs plus efficaces de l'oxydation lipidique durant la première phase de digestion (pH 5) que durant la seconde phase (pH 3). D’autre part, un extrait de feuilles de myrtille a été testé dans un modèle complet de digestion in vitro statique (étapes orale, gastrique et intestinale). L'oxydation lipidique, rapide lors de la l’étape gastrique (systèmes BSA et PL) et puis plus lente lors de l'étape intestinale (système PL), a été totalement inhibée par l'extrait de feuilles de myrtille.


  • Résumé

    Bilberry and lingonberry, two shrubs of the Ericaceae family, are consumed as food, beverage and dietary supplements due to their nutritional value and richness in antioxidant polyphenols. In plants, the quality and quantity of phenolic compounds are influenced by the parts of the plant to be used. In particular, plant phenolic compounds provide antioxidant activity in the protection of dietary lipids from oxidation and the gastric compartment has been proposed as a major site for diet-related oxidative stress. The aim of this thesis is to simultaneously assess the seasonal variations of phenolic compounds in leaves, stems, and fruits of bilberry and lingonberry extracts, as well as their antioxidant activity. For this study, aqueous and hydroethanolic (only fruits) extracts of bilberry and lingonberry samples collected in May, July and September during the years 2013-2014 were obtained under microwave-assisted extraction.In bilberry extracts, qualitative and quantitative analyses by UPLC/MS showed the presence of caffeoyl derivatives, p-coumaroyl derivatives, and flavonol glycosides in leaves whereas in stems, flavanol oligomers were additionally identified in significant amounts. Thioacidolysis revealed low degrees of polymerization (2-4) and (-)-epicatechin as the main flavan-3-ol unit. The sum of the phenolic compounds by UPLC was highly correlated with the Total Polyphenol Content and the antioxidant activity in the DPPH test for all the extracts except those of May leaves. The latter were relatively richer in p-coumaric acid derivatives. Seasonal effects were more marked for leaves which exhibited higher antioxidant activities and phenolic contents in July and September when these parameters were maximum in July for bilberry stems. The harvest period can be refined based on the desired phenolic structures. For lingonberry, the predominant presence of monomers and oligomers of flavanols and quercetin glycosides was found in all the morphological parts. Proanthocyanidins contain (+)-catechin and (-)-epicatechin as both extension and terminal units. The sum of the phenolic compounds by UPLC was less correlated with the Total Polyphenol Content and the antioxidant activity in the DPPH test than in bilberry. Furthermore, the total phenolic content (Folin method, UPLC) showed a slight but significant increase from May to September for both leaves and stems. This increase was confirmed for the antioxidant activity by the DPPH test for both leaves and stems in 2014.The antioxidant activity of bilberry and lingonberry extracts against lipid oxidation (formation of lipid-derived conjugated dienes) was evaluated under in vitro simulated digestion conditions. Firstly, the inhibition of lipid oxidation was performed using sunflower oil-in-water emulsions stabilized by bovine serum albumin (BSA) or egg yolk phospholipids (PL), both emulsifiers mimicking dietary components. Oxidation was initiated by metmyoglobin, a form of dietary iron from red meat. In both emulsion models, aqueous extracts from stems and leaves and the hydroethanolic fruit extract of bilberry proved to be more efficient inhibitors of lipid oxidation in the early phase of digestion (pH 5) than during the second phase (pH 3). Secondly, a bilberry leaf extract was tested in the inhibition of lipid oxidation in a complete static in vitro digestion model (oral, gastric and intestinal phases). The fast lipid oxidation in the gastric step (BSA and PL systems) and the slower lipid oxidation in the intestinal step (PL system) were totally inhibited by the bilberry leaf extract.


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