Valorisation durable de coproduits agricoles méditerranéens en tant qu'agents émulsifiants polyfonctionnels

par Amal Fenaghra

Projet de thèse en Biotechnologie et Microbiologie

Sous la direction de Pierre Villeneuve et de Claire Bourlieu.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau , en partenariat avec IATE - Ingénierie des Agropolymères et Technologies Emergentes (laboratoire) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    De nombreux aliments ou formulations pharmaceutiques ou cosmétiques présentent une structure complexe avec une coexistence de phases liquides non miscibles typiquement de type hydrophobe/hydrophile. La stabilité de ces matrices est possible grâce à l'utilisation d'agents émulsifiants de synthèse (sucro-esters, esters de glycérol…) pouvant également jouer un rôle antioxydant (ascorbyl palmitate…). Ces agents émulsifiants jouent un rôle central dans la texture des produits en y assurant des propriétés fonctionnelles, moussantes et émulsifiantes. Néanmoins les limites et effets pro-inflammatoires de certains émulsifiants de synthèse ont récemment été mis en évidence chez l'animal (Chassaing et al., 2015). Par ailleurs de nombreux co-produits agricoles méditerranéens sont naturellement riches en composés amphiphiles et antioxydants, déjà structurés souvent sous forme de membranes. Il peut s'agir de membranes cellulaires, de membranes d'assemblages lipoprotéiques ou encore d'exosomes, vésicules submicroniques intervenant dans la communication cellulaire dans de nombreux organismes (Thery, Zitvogel, & Amigorena, 2002). Ces extraits composés d'amphiphiles pourraient constituer des agents tensioactifs naturels polyfonctionnels (antioxydants, pigmentant, hypocholestérolémiant (Cohn, Kamili, Wat, Chung, & Tandy, 2010b; Cohn, Kamili, Wat, Chung, & Tandy, 2010a)…) pour se substituer aux agents tensioactifs/antioxydants de synthèse. Certains gisements sont déjà exploités notamment sous la forme de lécithines végétales mais d'autres gisements potentiellement bioactifs restent à explorer. Ainsi parmi les coproduits méditerranéens, certains effluents aqueux (margines d'olive, lactosérum de la transformation du lait de petits ruminants…) ou encore certains déchets solides (enveloppes grains ou baies…) pourraient constituer des sources intéressantes de tensioactifs avant une valorisation finale en tant que fertilisants. La thèse proposée se concentrera sur certains effluents aqueux avec des essais d'isolement d'extraits tensioactifs par des combinaisons de lavages/centrifugations/traitements enzymatiques avec des hydrolases. Les propriétés tensioactives et émulsifiantes de ces extraits ainsi que leur partition au niveau d'interfaces complexes présentes dans les matrices alimentaires seront caractérisées. Leur structuration sous forme de vésicules ou microémulsions pour les extraits membranaires, ou encore leur stabilité pour les exosomes déjà recueillis sous forme de vésicules, seront analysées. L'efficacité de ces extraits comme agents de transfert puis de libération contrôlée de composés bioactifs (molécule modèle antioxydante hydrophile ou hydrophobe) sera ensuite analysée en déterminant leur capacité de charge puis de libération en bioactif (Sun et al., 2010). Leurs propriétés antioxydantes seront évaluées par test sur microplaque en milieu hétérogène de type CAT (Laguerre, Lopez-Giraldo, Lecomte, Pina, & Villeneuve, 2007; Laguerre et al., 2008). La susceptibilité à l'hydrolyse digestive des extraits simplement dispersés ou structurés sera approchée via des digestions in vitro statiques pour lequel un modèle harmonisé à l'échelle européenne a été proposé (Minekus et al., 2014). Ce modèle de digestion qui imite la phase luminale de la digestion ne permet pas d'approcher l'absorption intestinale des composés. Cette phase d'absorption et de sécrétion cellulaire sera approchée en couplant le modèle de digestion in vitro à un modèle de cultures cellulaires mimant les cellules intestinales. Les hydrolysats obtenus à la suite de la digestion seront testés sur des cellules Caco-2 qui correspondent à des cellules tumorales humaines du colon et qui, en culture, ont la capacité de se différencier en cellules intestinales et former un épithélium (Vors et al., 2012; Lonnerdal, Du, Liao, & Li, 2015). L'influence des extraits émulsifiants sur le métabolisme cellulaire sera appréhendée en collaboration avec l'équipe INgénierie et FOnction des LIpides & lipoProtéines (INFOLIP) du laboratoire CARMEN (Villeurbanne, France).

  • Titre traduit

    Sustainable development of Mediterranean agricultural co-products as multifunctional emulsifiers


  • Résumé

    Numerous food, pharmaceutical or cosmetic formulations present a complex structure with a coexistence of non miscible liquid phases typically of hydrophobic/hydrophilic type. The stability of these matrices is possible thanks to the use of synthetic emulsifying agents (sucro esters, glycerol esters, etc.) which can also play an antioxidant part (ascorbyl palmitate, etc.). These emulsifying agents play a central role in the texture of the products by assuring functional, foaming and emulsifying properties. Nevertheless the limits and the pro-inflammatory effects of some synthetic emulsifiers have recently been demonstrated in animals (Chassaing & al., 2015). Moreover, many Mediterranean agricultural co-products are naturally rich in amphiphilic antioxidant compounds, often structured in the form of membranes. It can be cellular membranes, lipoprotein assemblies membranes or exosomes, submicron vesicles involved in cellular communication in numerous organisms (Thery, Zitvogel, & Amigorena, 2002). These extracts composed of amphiphilies could constitute polyfunctional natural surfactants (antioxidants, pigmenting agents, hypocholesterolemic agents (Cohn, Kamili, Wat, Chung, & Tandy, 2010, Cohn, Kamili, Wat, Chung, & Tandy, 2010) substituting synthetic surfactants/antioxidants. Some natural extracts are already exploited in particular in the form of vegetable lecithins but other potentially bioactive extracts remain to be explored. Among the Mediterranean co-products, some aqueous effluents (olive margins, whey co-products of small ruminant milk processing, etc.) or certain solid wastes (grains or berries, etc.) could constitute interesting sources of surfactants before a final valorization as fertilizers. The proposed thesis will concentrate on certain aqueous effluents with tests of isolation of surfactant extracts by combinations of washes / centrifugations / enzymatic treatments with hydrolases. The surfactant and emulsifying properties of these extracts as well as their partition at complex interfaces present in the food matrices will be characterized. Their structuration in the form of vesicles or microemulsions for the membrane extracts, or their stability for the exosomes already collected in the form of vesicles, will be analyzed. The efficiency of these extracts as vehicles of bioactive compounds (hydrophilic or hydrophobic antioxidant model molecules) will then be analyzed by determining their loading, capacity and controlled released properties of the bioactive (Sun & al., 2010). Their antioxidant properties will be evaluated by a microplate test in a heterogeneous medium of CAT type (Laguerre, Lopez-Giraldo, Lecomte, Pina, & Villeneuve, 2007; Laguerre & al., 2008). The susceptibility to the digestive hydrolysis of simply dispersed or structured extracts will be approached via static in vitro digestions for which a European harmonized model has been proposed (Minekus & al., 2014). This model of digestion that mimicks the luminal phase of digestion does not allow approaching the compounds intestinal absorption. This phase of cellular absorption and secretion will be approached by coupling the in vitro digestion model with a model of cell cultures miming the intestinal cells. The digestive hydrolysates will be tested on Caco-2 cells which correspond to human tumor cells of the colon and which, in culture, have the capacity to differentiate into intestinal cells and form an epithelium (Vors & al., 2012, Lonnerdal, Du, Liao, & Li, 2015). The influence of the emulsifying extracts on the cellular metabolism will be approached in collaboration with the team INgénierie et FOnction des LIpides & lipoProtéines (INFOLIP) of the laboratory CARMEN (Villeurbanne, France).