Microwave hydrodiffusion and gravity (MHG) technique is an attempt towards development of green extraction, as this environment friendly technique has completely eliminated the use of organic solvents. After describing the effectiveness of microwave radiations in extraction field in the first part of this manuscript, we have optimized this noval extraction method to get antioxidants rich extract. Along with studying the temperature distributions in different parts of plant material under the effect of microwave irradiations, we have analyzed the influence of microwaves in enhancing the antioxidant activity of extracts by using different tests. We have got the promising results concerning about the antioxidant rich extracts of different onion varieties and sea buckthorn in generalization step against the conventional solvent extracts. The application of vacuum system in this extraction system helped in restraining the limitations like dry extract yield and flavonol contents. Incomparison to traditional and recent extraction systems, the MHG extracts doesn't require any filtration and purification steps as it works in absence of any solvent and water and are highly recommended for direct application in industrial products

Thèse (M.Ress.Renouv.) -- Université du Québec à Chicoutimi, 2006. / La p. de t. porte en outre: Mémoire présenté à l'Université du Québec à Chicoutimi comme exigence partielle de la maîtrise en ressources renouvelables. CaQCU Comprend des références bibliographiques. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique.

Les microorganismes anaérobies représentent la population majoritaire de notre tube digestif et ont un impact remarquable sur notre santé. Leur culture demeure à ce jour longue, fastidieuse et coûteuse et nombreux sont ceux qui restent incultivables. Or la culture est un outil indispensable pour l'étude du microbiote digestif. Ainsi, le laboratoire dans lequel ma thèse s’est déroulée a créé un nouveau concept de culture « Microbial Culturomics » qui a permis d’isoler 193 nouvelles espèces bactériennes anaérobies. Un travail sur l’utilisation des antioxydants pour permettre la culture aérobie des bactéries anaérobies a également été amorcé : une optimisation des techniques de culture prometteuse autour de laquelle mes travaux ont vu le jour. Notre premier projet a consisté à développer un dispositif de culture innovant permettant la culture des archaea méthanogènes en aérobiose et en absence de source externe de dihydrogène. Notre deuxième projet a consisté à élaborer un flacon d’hémoculture unique dans lequel la croissance de toutes les bactéries, aérobies et anaérobies, pouvaient être détectées. Notre troisième projet quant à lui repose sur la comparaison du mode de culture anaérobie et de celui en aérobie avec les antioxydants à travers l’exemple de trois souches bactériennes strictement anaérobies. L’utilisation des antioxydants pour faciliter la culture des microorganismes anaérobies a donc apporter des résultats très prometteurs qui pourrait être utilisés, après validation par des études multicentriques dans les laboratoires de microbiologie clinique et environnementaux. / Anaerobic microorganisms are characterized by their ability to grow and survive in the absence of oxygen. Indeed free oxygen molecules are not used for their metabolism and can be toxic to varying degrees, sometimes leading to cell death. Although it is known that these microorganisms are the predominant in our digestive microbiota and that they have a great impact on our health, their culture remain long, fastidious, costly, and in most cases impossible. Becteria culture is an indispensable tool for isolating strains, performing studies from living models, and identifying new ones. Thus, the laboratory in which my thesis tooks place created a new concept of culture "Microbial Culturomics" which made it possible to isolate 193 new anaerobic bacterial species. A work based on the use of antioxidants to enable the aerobic culture of anaerobic bacteria was also initiated: a promising optimization of the culture techniques from which my work was born. Our first project consisted in developing an innovative culture device allowing the cultivation of methanogenic archaea in aerobic and without an external source of dihydrogen. In our second project, we performed a single culture bottle in which the growth of all bacteria, aerobic and anaerobic, could be detected. Our third project was based on the comparison of anaerobic and aerobic culture with antioxidants through the example of three strictly anaerobic bacterial strains.Therefore the use of antioxidants enable to facilitate anaerobic bacteria cultivation. These results are very encouraging for clinical and environmental microbiology laboratories.

Cette étude s’inscrit dans le contexte du stockage profond de déchets radioactifs sur le site de Meuse-Haute Marne (Andra) et plus précisément de l’évolution bio-physico-chimique de roches sédimentaires argileuses (Callovo-Oxfordien, COx), excavées et stockées en surface sous forme de verses. Durant la phase préparatoire et la phase d’exploitation, plusieurs millions de mètres cubes d’argilites seront excavées. L’argilite stockée à l’air libre sera ainsi exposée durant plusieurs décennies aux altérations météoritiques et aux conditions oxydantes de surface et à la colonisation biologique (plantes, bactéries, champignons). L’objectif de la thèse était d’étudier l’impact de molécules antioxydantes et de la végétalisation des verses par des plantes produisant ces molécules, sur les processus d’altération physiques, chimiques ou microbiens de l’argilite du COx. Ce travail visait à (i) identifier des molécules antioxydantes et des plantes d’intérêt (ii) évaluer les effets inhibiteurs des substances antioxydantes sur l’altération des minéraux et la lixiviation des métaux du COx au laboratoire, (iv) tester la cultivabilité des plantes sélectionnées sur les verses, (iii) suivre in situ l’évolution physico-chimique et microbiologique de l’argilite d’une verse plantée ou non. Des expériences de percolation en colonnes avec des molécules antioxydantes « modèles » des Lamiacées (linalol, thymol, carvacrol) ont montré des taux d’altération/lixiviation très variables en fonction de l’élément. Ils étaient très faibles pour l’aluminium (<1‰), compris entre 1-3% pour les autres métaux (Ca, Mg, Fe…) et atteignaient plus de 60% pour le sodium. Avec le thymol à 20 mg/l ont été observés sur 3 mois une diminution des taux de lixiviation du soufre et des éléments métalliques constitutifs des sulfures (Fe, As) et carbonates (Ca, Sr) et une diminution de l’abondance microbienne bactérienne et fongique. Cependant, l’apport d’exsudats racinaires synthétiques dans les colonnes a stimulé le développement microbien et amélioré la disponibilité de l’aluminium et du fer et la séquestration du calcium. Parmi les plantes testées, la lavande et le lavandin ont été sélectionnés. Deux essais successifs de plantations ont été menés in situ sur une verse d’argilite âgée (10 ans) durant un an. Le lavandin s’est mieux développé que la lavande et a été conservé pour la deuxième étude in situ. La comparaison de la partie plantée de la verse avec la partie nue a montré (i) une diminution significative des quantités de calcium, strontium, fer et soufre lixiviées (ii) une réduction importante de la quantité de matériel érodé (de deux ordres de grandeur) sur le talus planté par rapport au non planté (iii) un développement microbien et un taux de mycorhization important des racines. En conclusion, même si les molécules antioxydantes n’inhibent pas significativement l’altération de l’argilite, le lavandin s’est révélé une plante tout à fait pertinente pour la phytostabilisation des verses et la production de molécules antioxydantes in situ a été montrée / This study is a part of the deep disposal site development for radioactive waste in Meuse-Haute Marne (France), most specifically on the bio-physico-chemical conversion of sedimentary clay rocks (Callovo-Oxfordian, COx), excavated and stored on surface in the form of heap. During the experimental and operational phases, several million cubic meters of argillite will be excavated. Argillite stored in the open air will be exposed to meteoritic alterations, oxidizing conditions of surface and colonized biologically (plants, bacteria, fungi). The aim of the thesis is to study the impact of naturally derived antioxidants from revegetation of heap with antioxidant-producing plants on the physical, chemical or microbial weathering processes of argillite. This work was designed to (i) identify suitable naturally derived antioxidants and the plants to produce them (ii) assess the antioxidant inhibitory effects on weathering and leaching COx metals in the laboratory, (iv) field test selected plants on the heap, (iii) follow in situ physicochemical and microbiological evolution of the argillite heap planted with antioxidant producing plants. In the laboratory, percolating model antioxidants of Lamiaceae (linalool, thymol, carvacrol) through a packed column of argillite showed variable water weathering/leaching rate depending on the metal elements present; very low for aluminum (<1 ‰), between 1-3% for other metals (Ca, Mg, Fe ...) and reach more than 60% for sodium. With thymol at 20 mg/l for 3 months, it was found that there are a decrease in sulfur leached amount and the metal elements from the sulfides (Fe, As) and carbonates (Ca, Sr) and inhibition of bacterial and fungal microflora growths. However, intake of artificial root exudates in columns stimulates microbial growth, improves the availability of aluminum, iron and provides sequestration of calcium. Among the tested plants, lavender and lavandin were selected. Two successive plantation tests were carried out in situ on a heap of old argillite (10 years) for one year. The lavandin grew better than lavender and was retained for the second study in situ. The comparison of the planted part of the COx heap with bare COx showed (i) a significant reduction in the quantities of calcium, strontium, iron and sulfur leached (ii) a significant reduction (by two orders of magnitude) to the amount of eroded material on the slope planted compared to unplanted (iii) a significant rate of mycorrhiza roots and microbial growth. In conclusion, although the naturally derived antioxidants did not significantly inhibit the alteration of argillite, the lavandin is an excellent plant for phytostabilisation of heap and for production of antioxidants.

Une des clés pour comprendre les mécanismes d’action biologiques des molécules naturelles et thérapeutiques est leur faculté à incorporer ou traverser les membranes lipidiques. Parce que les méthodes expérimentales sont parfois couteuses et répondent partiellement aux questions posés par les interactions composé-membrane, la modélisation moléculaire est devenue une sérieuse alternative. Les simulations de dynamique moléculaire ont ouvert de nombreuses perspectives ces dernières années en offrant la possibilité de décrire ces interactions intermoléculaires au niveau atomique. À l’aide de ces simulations, nous avons évalué la capacité de plusieurs composés (polyphénols, vitamines E et C, plantazolicine et carprofènes) à s’incorporer dans les membranes. Ces molécules ont été choisies pour leurs activités biologiques diverses, à savoir (i) activité antioxydante, précisément inhibition de la peroxydation lipidique, (ii) activité antibiotique et possibilité de former un pore transmembranaire, et (iii) inhibition d’enzymes impliquées dans la maladie d’Alzheimer. Leurs positions et orientations ainsi que leur capacité à s’accumuler ou à traverser les membranes ont été évaluées pour comprendre leurs mécanismes d’action.Dans le but d’utiliser les simulations de dynamique moléculaire en drug design, l’accent a été mis sur la précision des calculs, qui dépend de la qualité sous-jacente du modèle utilisé. En corrélant données expérimentales et théoriques, la méthodologie de nos modèles a été systématiquement revisitée. Le choix du champ de force, les paramètres des composés étudiés ainsi que la composition de la membrane sont en particulier apparus comme d’importants facteurs dans la description des interactions entre les molécules naturelles et thérapeutiques et les membranes. Des mélanges de lipides contenant du cholestérol ont notamment été utilisés et ont montré un impact significatif sur les résultats obtenus. / One of the key lockers to understand mechanisms of biological action of drugs and natural compounds is their capacity to incorporate/cross lipid bilayer membranes. In the light of demanding experimental techniques, in silico molecular modelling has become a powerful alternative to tackle these issues. In the past few years, molecular dynamics (MD) has opened many perspectives, providing an atomistic description of the related intermolecular interactions. Using MD simulations, we have explored the capacity of several compounds (polyphenols, vitamins E and C, plantazolicin, carprofens) to incorporate lipid bilayer membranes. The different compounds were chosen according to their different biological functions, namely (i) antioxidant activity against lipid peroxidation, (ii) antimicrobial activity with the possibility of trans-membrane pore formation, and (iii) inhibition of enzymes involved in Alzheimer’s disease. In order to rationalize their mechanisms of action, their position and orientation in membranes as well as their capacity to accumulate or permeate lipid bilayers were assessed. Having in mind a predictive purpose in drug design for MD simulations, the accuracy of the results relies on the quality of the in silico membrane models. By ensuring relationships between experimental and theoretical data, methodological improvements have been proposed. In particular, force field selection, xenobiotic parameterization and bilayer constitution emerged as crucial factors to appropriately depict drug-membrane interactions. For the latter issue, lipid mixtures e.g., including cholesterol have been developed.

La valorisation des dérivés phénoliques et terpéniques issus de la biomasse s’insère parfaitement dans le défi actuel de nos sociétés qui pousse la chimie traditionnelle à évoluer vers une chimie durable. De par leur nature insaturée, les terpènes se montrent particulièrement intéressants pour synthétiser de nouveaux matériaux par réaction de chimie thiol-ène. Parallèlement, les dérivés phénoliques peuvent être facilement modifiés en synthons insaturés, susceptibles de réagir dans ces mêmes réactions. Ainsi, une large gamme de matériaux à base de linalol et d’eugénol a été élaborée sous irradiation UV. Une approche par photochimie a été privilégiée puisqu’elle s’inscrit parfaitement dans le cadre d’une chimie plus respectueuse de l’environnement. L’effet bénéfique des fonctions oxygénées du linalol et du phénol de l’eugénol sur l’activité antibactérienne a été démontré contre deux souches bactériennes principalement responsables du développement des maladies nosocomiales : S. aureus et E. coli. L’incorporation de nanoparticules de ZnO, de carvacrol ou d’acide tannique lors de la réaction de réticulation permet d’améliorer les propriétés antimicrobiennes de manière significative. L’association avec des polyesters semi-cristallins biosourcés et biodégradables présente une alternative intéressante pour optimiser les performances thermomécaniques des matériaux obtenus.Un deuxième type de matériaux a été synthétisé par photo-réticulation de dérivés phénoliques époxydés comme le résorcinol ou l’eugénol. La polymérisation cationique par ouverture de cycle photoamorcée permet la synthèse de matériaux dont les propriétés mécaniques sont plus élevées que les matériaux obtenus par réaction thiol-ène, et d’autre part de s’affranchir de l’agent réticulant à base de thiol. La synthèse de différents dérivés de l’eugénol mono-époxydés offre l’avantage de pouvoir moduler la composition des matériaux obtenus qui peuvent contenir des fonctions phénol et/ou des insaturations. Les groupements phénols sont indispensables à l’activité antibactérienne et sont à l’origine des propriétés anti-oxydantes. La possibilité d’introduire des insaturations permet une post- fonctionnalisation de la surface des matériaux.Ainsi une large gamme de matériaux réticulés, biosourcés et bioactifs dont les propriétés varient de l’élastomère au thermodurcissable a été synthétisée sous irradiation / The valorization of phenolic and terpene derivatives of biomass is perfectly in line with the current challenge of our societies that drives traditional chemistry to evolve towards a sustainable chemistry. Because of their unsaturated nature, terpenes are particularly interesting for synthesizing new materials by thiol-ene chemistry. At the same time, the phenolic derivatives can easily be modified to unsaturated synthons capable of reacting in these same reactions. Thus, a wide range of materials based on linalool and eugenol has been developed under UV irradiation. An approach by photochemistry has been selected since it fits perfectly within the framework of a chemistry more respectful of the environment. The beneficial effect of the oxygenated functions of linalol and phenolic functions of eugenol on antibacterial activity was demonstrated against two bacterial strains mainly responsible for the development of nosocomial diseases: S. aureus and E. coli. The incorporation of ZnO nanoparticles, carvacrol or tannic acid during the crosslinking reaction makes it possible to improve the antimicrobial properties significantly. The association with semi-crystalline biobased and biodegradable polyesters presents an interesting alternative to optimize the thermomechanical performance of the obtained materials.A second type of materials has been synthesized by photocrosslinking epoxidized phenolic derivatives such as resorcinol or eugenol. The photoinitiated cationic polymerization by opening of the ring enables the synthesis of materials whose mechanical properties are higher than the materials obtained by thiol-ene reaction and on the other hand to get rid of the thiol-based crosslinking agent. The synthesis of various monoepoxidized eugenol derivatives offers the advantage of being able to modulate the composition of the obtained materials which may contain phenol functions and / or unsaturations. The phenol groups are essential to the antibacterial activity and lead to the antioxidant properties. The possibility of introducing unsaturations allows a post-functionalization of the surface of the materials.Thus, a wide range of crosslinked, biosourced and bioactive materials whose properties vary from elastomer to thermosetting have been synthesized under irradiation

Les acides gras polyinsaturés oméga-3 sont reconnus pour leurs bienfaits sur la santé. Cependant, lors d’un traitement thermique, tel que la friture, plusieurs dégradations peuvent se produire, entre autres, l’oxydation, la polymérisation et la cyclisation. Ces dégradations se produisent aux températures utilisées dans l’industrie pour la désodorisation des huiles ainsi que par les consommateurs pour la friture. Ce projet avait pour but, d’une part, de développer de nouveaux antioxydants naturels pour les huiles de friture. Ces composés seraient des dérivés d’acides phénoliques. Le coumarate d’hexyle s’est d’ailleurs avéré être un bon antioxydant potentiel pour l’utilisation en friture. D’autre part, ce projet a permis de contribuer à la synthèse d’un acide gras oméga-3 marqué, l’acide α-linolénique, afin de déterminer le mécanisme de formation des monomères cycliques. Un schéma de synthèse pour l’acide gras marqué a été élaboré et la synthèse a été amorcée. / Omega-3 polyunsaturated fatty acids are well known for their benefits on health. Unfortunately, thermal processes, such as deep frying, lead to the formation of degradation products such as cyclic fatty acid monomers, oligomers, polymers, trans and oxygenated fatty acids. All these degradations occur at temperature used in industries for oil deodorisation and by consumers in frying process. In this context, the first part of this project was to develop novel natural antioxidants for frying oil. Different phenolic acid derivatives were tested for their antioxidant properties. Amongst them, hexyl coumarate have shown a good potential as an antioxidant in frying process. Second part of this project was to synthesize deuterated omega-3 fatty acid, α-linolenic acid, to determine the mechanism of formation of cyclic fatty acid monomers. A synthesis scheme of the deuterated α-linolenic acid was elaborated and the synthesis was carry out.

Les travaux décrits dans ce manuscrit concernent l’élaboration de conservateurs naturels et hydrosolubles à base de polysaccharides greffés par des molécules actives d’origine végétale de type phénoliques (peu solubles dans l’eau). L’objectif est de développer de nouveaux systèmes présentant des propriétés antioxydantes et/ou antibactériennes, voire rhéologiques et principalement destinés aux domaines des formulations aqueuses cosmétiques et/ou alimentaires. Pour ce faire, le composé aminogaïacol (dérivé du gaïacol) a été greffé chimiquement sur un polysaccharide (carboxyméthylpullulane) selon des proportions variées (comprises entre 5 et 58 %). Les études physico-chimiques en milieux salins dilué et semi-dilué mettent en avant un caractère associatif (de type polysavon) des dérivés les plus greffés, avec des interactions intramoléculaires hydrophobes prédominantes qui limitent les propriétés rhéologiques. Tous les produits synthétisés ont par contre démontré des propriétés antioxydantes et antibactériennes. Le caractère associatif (i.e. la présence de microdomaines hydrophobes) s’est avéré être favorable à l’activité antioxydante, avec les meilleures activités observées pour le dérivé le plus fortement greffé en aminogaïacol (58%). Au contraire, le comportement associatif a limité l’activité biologique, dans ce cas, c’est le dérivé le moins greffé (5%) qui a démontré la meilleure activité antibactérienne, en raison d’une meilleure disponibilité des greffons. Afin d’améliorer les propriétés biologiques et/ou rhéologiques, cette approche de greffage de l’aminogaïacol a été étendue sur un autre polysaccharide anionique (l’alginate), plus rigide que le carboxyméthylpullulane avec des résultats prometteurs notamment en rhéologie. / The works described in this manuscript concern the development of natural and water soluble preservatives based on polysaccharides grafted with molecules of plant origin (from phenolic structure). The aim consists in developing new systems with antioxidant and/or antibacterial properties together with rheological ones for cosmetic and/or food application fields. For this purpose, aminoguaiacol (derived from guaiacol) was chemically grafted onto a polysaccharide (carboxymethylpullulan) in various proportions (between 5 and 58 %). The physicochemical studies in dilute and semi-dilute saline media put forward an associative character (of polysoap type) of the most grafted derivatives, with predominant hydrophobic intramolecular interactions which are limiting for rheology. All synthesized products have demonstrated antioxidant and antibacterial properties. The associative character (i.e., the presence of hydrophobic microdomains) was found to be favorable to the antioxidant activity, with the best activity for the most grafted aminoguaiacol derivative (58%). On the contrary, the associative behavior limited the antibacterial activity, in this case, the least grafted derivative (5%) demonstrated the best antibacterial activity, due to best availability of the grafted moieties. In order to improve the biological and/or rheological properties, this grafting approach of aminoguaiacol has been extended to another anionic polysaccharide (alginate), more rigid than carboxymethylpullulan with promising results notably as concerns rheology.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.