Le travail de thèse est préliminaire à une étude consacrée à l'élaboration et la validation d'une méthodologie permettant de prédire l'avancement des réactions de Maillard lors de la cuisson de la génoise. L'objectif du travail est de développer des outils expérimentaux pour suivre des marqueurs réactionnels et des variables de procédés de manière synchrone. Dans un premier temps, nous avons donc proposé un schéma réactionnel à la lumière de la connaissance expérimentale des composés volatils générés au cours de la cuisson de la génoise et des données de la littérature. Ensuite, un four pilote a été spécialement conçu et instrumenté. Deux dispositifs d'échantillonnage non perturbateur pour prélever les génoises et les vapeurs de cuisson en continu (au cours de la cuisson) ont été développés et validés. Le dispositif d'échantillonnage des vapeurs de cuisson est un système qui assure le piégeage des composés volatils libérés au cours de la cuisson de la génoise. Aprés avoir stabilisé l'environnement thermique de l'extraction et optimisé la méthode pour les marqueurs sélectionnés, nous avons examiné la répétabilité, la linéarité et la robustesse de la méthode et capacité d'une telle méthode à quantifier certains composés d'arôme libérés au cours de la cuisson de la génoise. À cet effet, les coefficients de proportionnalité entre les concentrations dans la phase gazeuse et dans la fibre SPME ont été déterminés. Nous nous sommes enfin intéressés à l'acquisition des données cinétiques des marqueurs avec les outils validés afin d'observer le schéma réactionnel sélectionné. Les essais de cuissons ont été menés selon un plan de cuisson à trois températures d'air, 140°C, 170°C et 200°C. La dégradation des réactifs et la génération des produits de réactions semblent être étroitement liés aux variables de procédés étudiées (température, teneur en eau, humidité de l'air). De plus le suivi de l'évolution des précurseurs au cours de la cuisson de la génoise montre que bien que la réaction de Maillard reste prépondérante, d'autres réactions sont impliquées dans leurs dégradations en fin de cuisson, probablement la réaction de caramélisation et l'isomérisation des sucres. / The thesis is a preliminary study on the development and validation of a methodology to predict the progress of Maillard reactions during the baking of sponge cake. The aim of this work is to develop experimental tools to track markers and reaction process variables synchronously. Initially, we proposed a reaction scheme based on experimental knowledge of the volatile compounds generated during sponge cake baking and literature data. Then, a pilot oven was designed and instrumented. Two non-invasive sampling devices to collect the sponge cakes and baking vapors continuously (during baking) have been developed and validated. The volatiles sampling device is a system that ensures the trapping of volatile compounds released during the cake baking. After we have stabilized the thermal environment of the extraction and optimized the method for the selected markers, we examined the repeatability, linearity and robustness of the method and capacity of such a method to quantify some aroma compounds released during the cake baking. Fot this reason, the proportionality coefficients between the concentrations in the gas phase and the SPME fiber were determined. Finally, we were interested in the acquisition of kinetic data markers with validated tools to observe the selected reaction scheme. The baking experiments were conducted using at three air temperatures, 140 ° C, 170 ° C and 200 ° C. The degradation of the reactants and the generation of reaction products appear to be closely related to studied process variables (temperature, moisture, humidity). Also tracking the evolution of precursors during the baking of the sponge cakes shows that although the Maillard reaction is still predominant, other reactions are involved in their degradation after baking, probably the caramelization and the isomerization of sugars reactions.

Les émissions anthropiques de dioxyde de carbone, gaz à effet de serre, sont considérées comme les principales causes du réchauffement climatique. Le captage du dioxyde de carbone par l’oxyde de calcium, qui s’avère être une masse de captage appropriée, au cours de plusieurs cycles de carbonatation/décarbonatation est une solution à la diminution des émissions industrielles. Néanmoins, la capacité de captage du dioxyde de carbone par l’oxyde de calcium diminue au cours des cycles, soulevant ainsi des problèmes économiques majeurs. Actuellement, cette perte d’efficacité de captage est largement étudiée contrairement à la réaction même de carbonatation de CaO d’un point de vue fondamental.Dans l’optique de mieux comprendre la réaction de carbonatation de CaO, une étude cinétique a été menée par le biais d’expériences de thermogravimétrie sur poudre. L’approche cinétique a été basée sur des tests de cinétiques hétérogènes fondés sur les hypothèses de l’état pseudo-stationnaire et de l’étape limitante. Les courbes cinétiques expérimentales obtenues en conditions isothermes (450-650°C) et isobares (2-30 kPa) ont montré un temps de latence lié au processus de germination de la nouvelle phase, ainsi qu’un fort ralentissement de la réaction à partir d’un certain degré d’avancement. Ce temps de latence et le degré d’avancement correspondant au frein cinétique dépendent de la température et de la pression partielle de CO2. Afin d’en expliquer l’origine, des caractérisations texturales et morphologiques ont été effectuées à différents degrés d’avancement. Les modifications observées à l’échelle des agrégats ont suggéré une limitation de la vitesse de réaction par des phénomènes de transport de matière, susceptibles de bloquer l’accès du gaz au cœur des agrégats. Les décrochements en température réalisées en thermogravimétrie ont mis en évidence un comportement cinétique complexe. Trois domaines ont pu être distingués au cours de la réaction, quelles que soient la température et la pression partielle de CO2. L’interprétation de ces résultats a souligné le rôle de la porosité et de son évolution sur la cinétique, ainsi qu’un effet anti-Arrhenius dans le deuxième domaine.La modélisation cinétique a dû faire intervenir à la fois un modèle proche de la réalité physique à l’échelle des grains denses, mais également les processus de transport de matière et de chaleurs au sein de l’agrégat, afin de rendre compte des courbes expérimentales et de quantifier l’impact des différents paramètres expérimentaux sur la vitesse de réaction. Ce couplage échelle de la population des grains-échelle de l’agrégat a été réalisé à l’aide d’un logiciel de cinétique hétérogène, CIN4, développé au département PRESSIC, en collaboration avec la société ASTEK. Les simulations obtenues ont permis de décrire la réaction jusqu’au freinage cinétique. / Anthropogenic carbon dioxide (CO2) emissions, major contributors to the greenhouse effect, are considered as the main cause of global warming. So, decrease of CO2 emitted by large industrial combustion sources or power plants, is an important scientific goal. One of the approaches is based on CO2 separation and capture from flue gas, followed by sequestration in a wide range of geological formations. In this aim, CO2 is captured by sorbents like calcium oxide (CaO) in multi-cycle process of carbonation/decarbonation. However, it was shown that the most important limitations of such process are related to the reversibility of reaction. CaO rapidly loses activity towards CO2, so the maximum extent of carbonation decreases as long as the number of cycles increases. In order to well understand the processes and parameters influencing the capture capacity of CaO-based sorbents, it appears important to get details on the kinetic law governing the reaction, which have not been really studied up to now. To investigate this reaction, CaO carbonation kinetics was followed by means of thermogravimetric analysis (TGA) on divided materials. Special care was given to the validation of the usual kinetic assumptions such as steady state and rate-determining step assumptions. The aim was to obtain a model describing the reaction in order to explain the influence of intensive variables such as carbonation temperature and CO2 partial pressure. TGA curves obtained under isothermal and isobaric conditions showed an induction period linked to the nucleation process and a strong slowing down of the reaction rate once a given fractional conversion was reached. Both phenomena were observed to depend on carbonation temperature and CO2 partial pressure. To explain these results, the evolution of texture and microstructure of the solid during the reaction was regarded as essential. Reaction at the grain scale induces a volume increase from CaO to CaCO3 which causes a change in the porosity characteristics at the aggregates scale, which could block the access of the gas to the core of aggregates. Temperature jumps during TGA experiments have put in evidence a complex kinetic behavior since three distinct domains must be distinguished, over all the conversion range, whatever the temperature and CO2 pressure could be. The discussion of the results emphasizes the role of the porosity on the kinetic anti-Arrhenius behavior observed in the second domain. So carbonation reaction can be described by a two scales model: at a nonporous grain scale for the chemical reaction and at the aggregate scale, for the CO2 intergranular diffusion. The kinetic modeling, thanks to the software CIN4 (developed in collaboration with Astek), is able to couple both modeling scales in order to explain the kinetic slowing down and the influence of temperature and CO2 partial pressure on the reaction rate.

La quercétine (QCT) est un composé polyphénolique d'origine végétale connu pour ses activités antioxydantes et ses effets bénéfiques sur la santé. Sa solubilité, sa stabilité, sa biodisponibilité et ses activités biologiques peuvent être améliorées par une acylation sélective de ses groupements hydroxylés. Ce travail vise à étudier la possibilité d'une acétylation enzymatique de la QCT par la lipase B de Candida antarctica (CALB), la lipase la plus exploitée industriellement pour des estérifications régio- et énantiosélectives. Dans une perspective d'ingénierie rationnelle de l'enzyme, une démarche de modélisation moléculaire est mise en oeuvre pour mieux comprendre les interactions qui régissent le positionnement et l'orientation du substrat dans le site actif de la lipase. Dans une première partie expérimentale, l'absence d'activité d'acétylation de la CALB envers la QCT, en présence d'un excès d'acétate de vinyle, a été confirmé. Dans une seconde partie, cette inactivité de la CALB a été expliquée à l'aide de simulations de docking et de dynamique moléculaire. Elle résulte d'une orientation inappropriée du donneur d'acyle liée à la sérine catalytique et d'une proximité insuffisante des hydroxyles de la QCT vis-à-vis des résidus catalytiques. L'éloignement de la QCT de la triade catalytique est due à la rigidité de la molécule, l'étroitesse du site actif ainsi qu'à des interactions hydrophobes et électrostatiques entre le substrat et les résidus de la cavité. En revanche, cette approche de simulation moléculaire prédit un bon positionnement des deux substrats dans le site actif de la lipase de Pseudomonas cepacia (PCL), laquelle est capable d'acétyler la QCT. Dans une troisième partie, l'influence de mutations de deux résidus impliqués dans les liaisons de stabilisation hydrophobe de la QCT dans la CALB a été investiguée par simulation. La substitution d'isoleucines par des valines et des alanines conduit à une augmentation du volume de la poche catalytique et une mobilité accrue de la QCT. Mais ces mutations sont insuffisantes pour permettre un positionnement adéquat de l'acétate et de la QCT par rapport à la triade catalytique. La dernière partie focalise sur les interactions électrostatiques entre la QCT et le site actif de CALB. Les orientations du substrat dans la cavité suite à une méthylation ou une acétylation des groupements hydroxyles de la QCT sont précisées / Quercetin (QCT) is a plant-produced polyphenolic compound well-known for its antioxidant activities and beneficial health effects. Its solubility, stability, bioavailability and biological activities may be improved by a selective acylation of its hydroxyl groups. This work aims at studying the possibility of QCT enzymatic acetylation by Candida antarctica lipase B (CALB), the most industrially exploited lipase for regio- and enantioselective esterifications. In prospect of the rational enzyme design, a molecular modeling approach was implemented to understand the interactions that govern the substrate positioning and orientation in the lipase's active site. In a first experimental part, the absence of CALB acetylation activity towards quercetin in excess of vinyl acetate was confirmed. In a second part, this inactivity of CALB was explained by means of docking and molecular dynamics simulations. This results from an inappropriate positioning of the acyl donor linked to the catalytic serine and from an insufficient proximity of QCT hydroxyls vis-à-vis catalytic residues. The distance of QCT from the catalytic triad is due to its rigidity and to the narrow active site as well as to hydrophobic and electrostatic interactions between the substrate and the cavity residues. On the contrary, this molecular simulation approach predicts an appropriate positioning of both substrates in the active site of Pseudomonas cepacia lipase (PCL), which can perform QCT acetylation. In a third part, the impact of mutations of two residues implicated in the stabilization of QCT by hydrophobic interactions in CALB was investigated through simulations. The substitution of isoleucines by alanines and valines led to an increase in the catalytic pocket volume which intensified the mobility of QCT. However, these mutations are insufficient to allow an appropriate positioning of acetate and QCT in relation to the catalytic triad. The last part of this work focuses on the electrostatic interactions between QCT and CALB's active site. The substrate orientation in the cavity following methylation or acetylation of QCT's hydroxyl groups was clarified