Ces travaux de thèse CIFRE, réalisés au sein du Laboratoire de Biotechnologie et Chimie Marines de l’Université de Bretagne-Sud et du Groupe Olmix, s’inscrivent dans le cadre d’un projet national de valorisation de biomasses d’algues vertes, le projet ULVANS. Ce projet est le fruit d’une collaboration entre cinq industriels bretons et deux laboratoires universitaires. Les objectifs de ces travaux de thèse concernent i) la caractérisation approfondie de la matière première, en particulier des polysaccharides matriciels solubles (ulvanes) et des protéines, ii) la mise au point d’un procédé d’extraction assistée par enzymes des métabolites algaux, iii) la caractérisation biochimique et moléculaire des hydrolysats enzymatiques, avec pour objectif la compréhension de l’effet des enzymes commerciales sur les algues, iv) l’évaluation des activités antioxydantes et antivirales des hydrolysats, v) l’étude de l’influence des paramètres d’hydrolyse en vue de déterminer les conditions optimales pour l’extraction des métabolites d’intérêt et enfin vi) de conclure, à partir des éléments fournis par l’étude, sur la viabilité d’un tel procédé à l’échelle industrielle. En conclusion de ces travaux, l’hydrolyse enzymatique apparait comme un procédé intéressant pour le bioraffinage des algues vertes. Bien que les préparations enzymatiques commerciales utilisées ne soient pas spécifiques des composés algaux, les protéases ont conduit à une augmentation significative des rendements d’extraction, alors que l’effet des carbohydrases reste modéré. L’étude de l’influence des paramètres d’hydrolyses a confirmé les résultats préliminaires et montré que la température, la concentration d’enzyme et la méthode de broyage présentaient peu d’effets sur les activités des protéases testées. Un résultat majeur de cette étude aura été la mise en évidence d’activités anti-herpétiques dans les hydrolysats. La caractérisation des fractions actives a montré que les activités étaient liées à la présence de protéines ou glycoprotéines dans les extraits. Ce résultat présente un intérêt majeur car à l’heure actuelle, a priori, aucune activité de ce type n’a été identifiée chez Ulva sp. / This PhD Thesis works, conducted in the Laboratoire de Biotechnologie et Chimie Marines of the Université de Bretagne-Sud and in the Olmix Group, was included in a national project for the upgrading of green seaweed biomasses, the Ulvans project. This project results in the collaboration of five industrial companies and two academic research laboratories. The objectives of this thesis works had been i) the characterization of the raw material, particularly the soluble matrix polysaccharides (ulvans) and proteins, ii) the development of an enzyme-assisted extraction process of algal metabolites, iii) the biochemical and molecular characterization of the enzymatic hydrolyzates, with the aim of understanding the effect of enzymes on algae thallus, iv) the screening of antioxidant and antiviral activities of hydrolyzates, v) the study of the influence of hydrolysis parameters to determine the optimum conditions for the extraction of metabolites of interest and finally vi) to conclude, according to the results provided by this study, on the viability of the industrial upscaling of the process. In conclusion of this work, enzymatic hydrolysis appeared to be an effective process for biorefinery of green seaweeds. Although commercial enzymatic preparations were not specific of algal compounds, protéases led to a significant increase in the extraction yields, whereas the effect of carbohydrases were moderate. The study of hydrolysis parameters confirmed the preliminary results and showed that the temperature, the concentration of enzyme and the grinding method had no effect on the protease used. A major result of this study has been the highlighting of anti-oxidant and anti-herpetic compounds in hydrolyzates. The antiviral activity of ulvans had several times been demonstrated but the biochemical characterization of actives fractions showed that the activity could be associated to proteins or glycoproteins. This result is very interesting because, a priori, any antiviral activity has also been related to this type of compounds in Ulva sp.

Un groupe d'études épidémiologiques fournit une bonne preuve de la relation inverse associé à la consommation de fruits et légumes et les maladies chroniques important comme maladies cardiovasculaires et certains types de cancers. Après les longues années d'études sur phytomacronutrients, le rôle de phytomicronutrients tels que les polyphénols est désormais très étudiée et appréciée dans le contrôle de ces maladies dégénératives. La présente étude combine les études d'extraction, de synthèse et d'analyse sur les principaux polyphénols des fruits d'agrumes, FLAVANONES. Connaissance de nutritionnels et de santé a augmenté la production d'agrumes en provenance des dernières décennies. Ces productions plus générer des bye-produits. Pour leur utilisation alternative à des antioxydants extraits riches, l'extraction assistée par ultrasons (UAE) des polyphénols en particulier flavanones de l'orange (Citrus sinensis L.) par son peau en utilisant l'éthanol comme solvant de qualité alimentaire a été prouvé son efficacité en comparaison avec la méthode conventionnelle . Un plan composite central (CCD) a révélé que l'approche des conditions optimisées pour UAE ont une température de 40 ° C, une puissance de 150W sonication et un 4:1 (v / v) d'éthanol: ratio de l'eau. En outre, l'activité antioxydante déterminée par les tests DPPH et ORAC a confirmé la pertinence des UAE pour la préparation d'extraits de plantes riches en antioxydants.Les glucuronides de flavanone sont les principaux métabolites phénoliques détectés dans le plasma humain après la consommation d'agrumes. Jusqu'à maintenant, toutes les études sur les cellules liées au cancer ou les maladies cardiovasculaires ont été réalisées soit sur les aglycones ou sur leurs glycosides. Par conséquent, il ya grand besoin de glucuronides flavanone pure pour démontrer le potentiel réel de flavanones dans la prévention de ces maladies. Dans ce travail, glucuronides de naringénine (4'- et 7-O-β-D-glucuronides) et de hespérétine (3'- et 7-O-β-D-glucuronides), les aglycones flavanone majeur dans le pamplemousse et d'orange, respectivement, ont été synthétisés chimiquement par une protection et la déprotection sélective des groupements d'acide glucuronique et de flavanone. La caractérisation structurale complète de composés purifiés a été réalisée par résonance magnétique nucléaire et spectrométrie de masse.L'affinité des quatre glucuronides pour l'albumine sérum d’humaine (HSA) a été testée par leur capacité à éteindre la fluorescence intrinsèque de HSA (Trp, seul résidu de sous-domaine IIA). Leurs constantes de fixation (K) ont été estimées de l'ordre de 30 à 60 × 103 M-1 et comparées à celles de l'aglycones (70 à 90 × 103 M-1). Les enquêtes de la liaison compétitive ou non compétitive de la glucuronides dans la présence de sondes fluorescentes (sarcosine dansyl) nous a permis d'obtenir un aperçu dans les sites de liaison. L'étude a également été étendue aux chalcones hespérétine et naringénine (synthétisés en utilisant des conditions alcalines optimisée), qui sont les précurseurs de biosynthèse des flavanones / A bunch of epidemiological studies provides good evidence on the inverse relationship associated with the consumption of fruits and vegetables and the chronic diseases importantly cardiovascular diseases and some types of cancers. After the long years of study on phytomacronutrients, the role of phytomicronutrients such as polyphenols is now highly studied and appreciated in the control of such degenerative diseases. The present study combines the extraction, synthetic and analytical studies on the major polyphenols of citrus fruits, FLAVANONES.Awareness of nutritional and health facts has increased the production of citrus fruits from last few decades. These higher productions generate higher by-products. For their alternative utilisation to have antioxidants rich extracts, the ultrasound-assisted extraction (UAE) of polyphenols especially flavanones from orange (Citrus sinensis L.) peel by using ethanol as afood grade solvent has been proved its efficiency when compared with the conventional method. A central composite design (CCD) approach revealed that the optimized conditions for UAE were a temperature of 40°C, a sonication power of 150W and a 4:1 (v/v) ethanol:water ratio. Furthermore, the antioxidant activity determined by the DPPH and ORAC tests confirmed the suitability of UAE for the preparation of antioxidant-rich plant extracts. Flavanone glucuronides are the major phenolic metabolites detected in human plasma after consumption of citrus fruits. Up to now all cell studies related to cancer or cardiovascular diseases were conducted either on the aglycones or on their glycosides. Hence, there is great need of pure flavanone glucuronides to demonstrate the real potential of flavanones in the prevention of these diseases. In this work, glucuronides of naringenin (4′- and 7-O-β-D-glucuronides) and hesperetin (3′- and 7-O-β-D-glucuronides), the major flavanone aglycones in grapefruit and orange respectively, have been chemically synthesized by selective protection and deprotection of flavanone and glucuronic acid moieties. The complete structural characterisation of purified compounds were realised by nuclear magnetic resonance and mass spectrometry.The affinity of the four glucuronides for human serum albumin (HSA) was tested via their ability to quench the intrinsic fluorescence of HSA (single Trp residue in sub-domain IIA). Their binding constants (K) were estimated in the range of 30 – 60 × 103 M-1 and compared with those of the aglycones (70 – 90 × 103 M-1). Investigations of competitive or noncompetitive binding of the glucuronides in the presence of fluorescent probes (dansyl sarcosine) allowed us to get some insight in the binding sites. The study was also extended to the hesperetin and naringenin chalcones (synthesised using optimized alkaline conditions), which are the biosynthetic precursors of flavanones

L'arsenic est un élément présent dans tous les compartiments de l'environnement, et les produits de la pêche représentent une source majeure d'exposition à l'arsenic par le biais de l'alimentation. Même s'il n'existe pas à ce jour de législation sur les teneurs en arsenic dans les aliments en France, les agences gouvernementales évaluent généralement les risques liés à la présence d'arsenic dans les produits de la pêche en se basant essentiellement sur la concentration totale de l'élément, sans tenir compte des différentes espèces présentes ni de leur bioaccessibilité. Par conséquent, le développement de méthodes d'analyse de spéciation revêt un intérêt particulier dans le cadre de l'évaluation des risques. La première partie de ce mémoire présente des informations générales sur les propriétés de l'arsenic, son occurrence dans les différents compartiments de l'environnement et sa toxicité, ainsi qu'une étude bibliographique des méthodes analytiques existantes pour étudier la spéciation de l'arsenic dans les matrices alimentaires, en particulier les produits de la pêche (extraction et séparation/détection). Les différentes approches pour l'évaluation de sa bioaccessibilité et de celle d'autres éléments traces métalliques d'intérêt sont également présentées. La deuxième partie de ces travaux porte sur la validation d'une méthode d'analyse de spéciation des principales espèces d'arsenic dans les produits la pêche (As(III), MA,DMA, As(V), AsB, TMAO, AsC) par couplage entre la chromatographie d'échange d'ions (IEC) et la spectrométrie de masse à plasma induit (ICP-MS) après extraction assistée par micro-ondes (MAE). L'évaluation des performances analytiques de la méthode, les contrôles qualités internes et externes mis en place et les différentes applications, en particulier les données d'occurrence des différentes espèces d'arsenic dans les produits de la pêche les plus consommés par la population française sont présentés et discutés. Dans la troisième partie, la bioaccessibilité maximale de l'arsenic et d'autres éléments d'intérêt est estimée à l'aide d'une méthode de lixiviation en ligne (impliquant la mesure en temps réel par ICP-MS de la fraction libérée par les différents fluides digestifs artificiels). La combinaison de ce procédé avec la méthode d'analyse de spéciation validée permet ainsi d'estimer la bioaccessibilité des différentes espèces d'arsenic. / Arsenic is an element present in all compartments of the environment, and seafood constitutes a major source of exposure to arsenic through human consumption. Although there is currently no legislation on arsenic in food in France, government agencies generally assess the safety of food items based solely on the total concentration of the element, without taking into account its different species or their bioaccessibility. Therefore, the development of speciation analysis methods is particularly relevant in the context of risk assessment. The first part of this thesis focuses on the properties of arsenic, its occurrence in the different compartments of the environment and its toxicity, and a literature review of existing analytical methods to study the speciation of arsenic in food matrices, especially seafood products (extraction and separation / detection). Different approaches for evaluating its bioaccessibility and that of other trace metals of interest are also presented.The second part of this work concerns the validation of a speciation analysis method for major arsenic species in seafood (As (III), MA, DMA, As (V), AsB, TMAO, AsC) by coupling ion exchange chromatography (IEC) with inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) after microwave-assisted extraction (MAE). Evaluation of the analytical performance of the method, internal and external quality controls in place and applications of the method, particularly occurrence data of arsenic species in seafood most consumed by the French population are presented and discussed. In the third part, the maximum bioaccessibility of arsenic and other elements of interest is assessed using a continuous leaching method (involving the real-time measurement by ICP-MS of the fraction released by the different artificial digestive fluids). By coupling this leaching method with the above validated speciation analysis method, the bioaccessibility of different arsenic species is also assessed.

Actuellement, le public et surtout dans les pays industrialisés est de plus en plus conscient du fait que la dégradation de l’environnement peut dépasser les avantages du progrès rapide dans les domaines industriels et technologiques et que des dommages sérieux et irréversibles peuvent être imposés aux futures générations. L'occurrence des POPs dans l'environnement, qui résulte essentiellement des activités anthropogéniques, est l'une des préoccupations permanentes chez les scientifiques. Ces composés ont été trouvés dans toutes les matrices environnementales telles que l'air, le sol, l'eau et les sédiments et en raison de leurs propriétés lipophiles, ils risquent de rebondir dans la chaîne alimentaire humaine. Durant cette dernière décennie, le Liban a connu une grande explosion démographique qui a été accompagnée par des activités anthropogéniques diverses. La dégradation de la qualité de l’environnement est bien ressentie par la population locale et les conséquences sur la santé humaine sont lourdes et affreuses. Les travaux de cette thèse ont permis d’évaluer concrètement l’effet de POPs sur la qualité de l’environnement au Liban, ces travaux ont abouti à la détermination des niveaux de quelques POPs les plus globalement étudiés tels que les HAPs, les PCBs et les OCPs dans les différents compartiments environnementaux au Liban. A cette fin, des protocoles d'analyse comprenant une méthode GC/MS pour la séparation et la détection des HAPs, une méthode UAE pour l'extraction des HAPs à partir du sol et des sédiments et une méthode SPE pour l'extraction des HAPs à partir de l'eau ont été développés. Ces méthodes ont été ensuite appliquées pour évaluer les niveaux de 17 HAPs dans des sols de différents usages et pour étudier la distribution de HAPs dans la phase aqueuse et les sédiments sur les côtes libanais et dans des rivières côtières et internes. Les principaux résultats ont montré que les niveaux de contamination des sols par les HAPs décroissent dans l’ordre suivant: industriels, urbains, transport et agricoles et que les sols industriels et urbains étaient 777 et 256 fois plus toxiques que les sols ruraux de référence selon l'approche TEF. De plus, l'eau et les sédiments des sites côtiers affectés par l'industrie et le transport maritime ont montré une contamination plus élevée par les HAPs. Certains échantillons de sédiments ont montré des niveaux de quelques HAPs individuels supérieures à l'ERL, ce qui pourrait occasionnellement provoquer des effets écologiques négatifs. Les travaux de cette thèse incluent aussi la détermination des niveaux des PCBs et des OCPs dans les sédiments de la rivière Litani qui est une source d’une grande préoccupation environnementale actuelle au Liban. / Currently, the public and especially in industrialized countries is increasingly aware that environmental degradation can outweigh the benefits of rapid progress in the industrial and technological fields and that serious and irreversible damage can be imposed on the future generations. The occurrence of POPs in the environment, which results mainly from anthropogenic activities, is one of the permanent concerns of scientists. These compounds have been found in all environmental matrices such as air, soil, water and sediments and because of their lipophilic properties, they are likely to rebound in the human food chain. During the past decade, Lebanon has experienced a large population explosion that has been accompanied by various anthropogenic activities. The degradation of the quality of the environment is felt by the local population and the consequences for human health are heavy and horrendous. The work of this thesis allowed to evaluate concretely the effect of POPs on the quality of the environment in Lebanon, this work led to the determination of the levels of some POPs most widely studied such as PAHs, PCBs and OCPs in the different environmental compartments in Lebanon. To this end, analytical protocols including a GC/MS method for the separation and detection of PAHs, a UAE method for the extraction of PAHs from soil and sediments and an SPE method for the extraction of PAHs from water were developed. These methods were then applied to evaluate the levels of 17 PAHs in soils of different uses and study the distribution of PAHs in the aqueous phase and sediments on the Lebanese coasts and in coastal and inner rivers. The main results showed that soil contamination levels by PAHs decreased in the following order: industrial, urban, transport and agricultural and that industrial and urban soils were 777 and 256 times more toxic than rural reference soils according to the TEF approach. In addition, water and sediments from coastal sites affected by industry and shipping have shown higher contamination by PAHs. Some sediment samples showed concentrations of a few individual PAHs greater than the ERL, which could occasionally cause negative ecological effects. The work of this thesis also includes the determination of levels of PCBs and OCPs in the sediments of the Litani River which is a source of great environmental concern currently in Lebanon.

Cette thèse porte sur l’éco-extraction et l’encapsulation de pigments naturels pour une exploitation et application dans les industries alimentaire, cosmétique et pharmaceutique. Dans ce but, l'extraction assistée par micro-ondes (MAE) ou par ultrasons (UAE) et celle par liquides ioniques (LI) ont été évaluées pour l'extraction de caroténoïdes et d'anthocyanes de plantes vietnamiennes. Les résultats obtenus montrent que le MAE a été un système permettant d'accélérer et d'améliorer tous les types d'extraction testés alors que les ultrasons se sont montrés particulièrement efficaces lorsque les pigments étaient présents à la surface des tissus végétaux. Cependant, l’UAE améliore également les résultats par rapport à des extractions sans assistance. Les LI classiques ne sont pas adaptés pour l’extraction des pigments caroténoïdes et anthocyaniques qui sont généralement non volatils et thermosensibles car il n'a pas été possible de séparer les pigments extraits des LI dans des conditions douces. Pour remédier à ce problème, des LI réversibles ont été évalués. Le DBU/ 1-hexanol était efficace pour extraire les caroténoïdes relativement accessibles, mais, en raison d'une viscosité élevée, il perdait son efficacité pour d'autres tissus. La deuxième partie de cette thèse concerne l’encapsulation d’anthocyanes d’hibiscus dans des levures. Nous avons d’abord travaillé avec des levures entières. Les résultats ont montré que les cellules de levure étaient un bon matériau pour l'encapsulation des anthocyanes. Cependant, pour les levures non désactivées, les enzymes ont provoqué une perte indésirable de couleur des anthocyanines pendant le stockage. Les microparticules de levures traitées thermiquement ont montré un effet protecteur élevé pendant le stockage. Puis, comme les anthocyanes étaient majoritairement encapsulées dans le réseau pariétal des levures, nous avons utilisé les écorces de levures séparées du reste des cellules. Les microparticules des écorces de levure ont apporté une bonne protection pour les anthocyanes contre l'humidité, la chaleur et la lumière. En comparant avec les microparticules de maltodextrine, celles des écorces de levure étaient plus stables dans des conditions d'humidité élevée. En général, les microparticules de levure ont montré une capacité à protéger les anthocyanes et à garder la couleur rouge de la poudre d’anthocyanes encapsulées. Ces résultats montrent que la poudre d’anthocyanes encapsulées dans des levures ou écorces de levure a un avenir prometteur pour être appliquée dans les industries alimentaire, cosmétique et pharmaceutique. / This thesis deals with extraction processes using assistance technologies or green solvents and encapsulation systems of natural pigments in order to exploit and apply them in the food, cosmetic and pharmaceutical industries. In this goal, microwave-assisted extraction (MAE), ultrasonic-assisted extraction (UAE) and Ionic liquids (IL) were evaluated for the extraction of carotenoids and anthocyanins from Vietnamese plants. The results obtained show that the MAE was always a rapid and helpful system for all types of extraction tested whereas ultrasounds were particularly efficient when pigments are present on the surface of plant tissues. However, UAE was also improving results compared to conditions without assistance. Traditional IL are not suitable for the extraction of carotenoid and anthocyanin pigments that are generally non-volatile and heat-sensitive because it has not been possible to separate pigments extracted from IL under mild conditions. Therefore switchable IL were evaluated. DBU/ 1-hexanol was efficient to extract carotenoids that were relatively accessible, but, due to its high viscosity, it lost efficacy for other tissues. The second part of this thesis concerns the encapsulation of Hibiscus anthocyanins in yeasts. We have first worked with whole yeast cells. The results showed that yeast cells were a good material for the encapsulation of anthocyanins. However, yeast enzymes caused undesirable colour loss of anthocyanin during storage. Microparticles of heat-treated yeasts showed a high protective effect during storage. Then, as it was interesting to keep the pigments in the cell wall and deactivate the yeast enzymes, we used yeast hulls. Yeast hull particles brought a good protection to anthocyanins against moisture, heat and light. In comparison with maltodextrin microparticles, yeast hull ones were more stable in high humidity. In general, yeast microparticles have shown an ability to protect anthocyanins and to keep the red color of encapsulated anthocyanin powder. These results show that yeast encapsulated anthocyanins powder has a promising future to be applied in the food, cosmetic and pharmaceutical industries.

L’objectif de la thèse est une mise au point des espèces de Stephania répertoriées au Cambodge par l’étude systématique, phytochimique et pharmacologique. Du point de vue systématique, les travaux ont permis de répertorier sept espèces et deux variétés de Stephania au Cambodge : S. cambodica, S. japonica var. discolor et var. timoriensis, S. oblata, S. pierrei, S. rotunda (espèce-type), S. suberosa, et S. venosa. La clef de détermination établie lors de ce travail de thèse permet d’identifier ces espèces. D’après les résultats phylogénétiques, seul S. pierrei est monophylétique, ce qui représente moins de 10% des espèces de Stephania. L’étude chimique de cinq espèces a été réalisée par des méthodes chromatographiques (CLHP, UCLHP) et des méthodes spectroscopiques. Différents alcaloïdes ont été proposés comme marqueurs : la palmatine, la roémérine et la tétrahydropalmatine pour S. cambodica et S. rotunda, la cépharanthine, la tétrahydropalmatine et la xylopinine pour S. suberosa, la cépharanthine pour S. pierrei, la crébanine, et la tétrahydropalmatine pour S. venosa. Neuf alcaloïdes ont été isolés à partir du tubercule de S. cambodica, dont un nouveau composé dénommé «angkorwatine ». Une méthode d’éco-extraction des alcaloïdes assistée par ultrasons a été mise au point et optimisée par un plan d’expérience pour cette espèce. Une méthode analytique par UCLHP a été développée et validée pour le contrôle qualité de S. cambodica. Les résultats montrent que les extraits hydroéthanoliques obtenus par macération à partir du tubercule de S. suberosa, S. venosa et S. rotunda présentent une activité anti-inflammatoire importante (in vitro) avec un ratio anti-inflammatoire élevé. / The thesis aims to provide update on species of the genus Stephania recorded in Cambodia by systematic, phytochemical and pharmacological studies.The systematic study allowed to list seven species and two varieties of Stephania in Cambodia: S. cambodica, S. japonica var. discolor and var. timoriensis, S. oblata, S. pierrei, S. rotunda (type species), S. suberosa and S. venosa. The presence of S. japonica var. timoriensis and S. oblata is reported for the first time in Cambodia. According to the phylogenetic results, only S. pierrei is monophyletic, which represents less than 10% of species in the genus Stephania. Chemical studies on the tubers of five species were carried out using chromatographic methods (HPLC, UHPLC) and spectroscopic methods. Different isolated alkaloids have been proposed as markers: palmatine, roemerine and tetrahydropalmatine for S. cambodica and S. rotunda, cepharanthine, tetrahydropalmatine, and xylopinine for S. suberosa, cepharanthine for S. pierrei, crebanine, and tetrahydropalmatine for S. venosa. Nine alkaloids belonging to five classes were isolated from the tuber of S. cambodica and a new compound namely "angkorwatine" was described. Ultrasound assisted extraction of alkaloids was developed and optimized by Design of Experiment for this species. This innovative extraction is a good alternative to conventional methods. An analytical UHPLC method was developed and validated for the quality control of S. cambodica. Results show that hydroethanolic extracts obtained by maceration of S. suberosa, S. rotunda and S. venosa exhibit significant anti-inflammatory activity with high anti-inflammatory ratio (selectivity index).

Ce travail de recherche porte sur l’intensification de l’extraction des polyphénols à partir des écorces de chêne pédonculé et d’épicéa commun par des technologies innovantes : les champs électriques pulsés (CEP), les ultrasons (US) et les micro-ondes (MO). Ces prétraitements permettent l’amélioration de l’extraction par endommagement des membranes et/ou parois cellulaires. L’effet de chacune de ces techniques (CEP, US et MO) sur l’extraction des polyphénols a été mis en évidence à travers une étude d’optimisation quantitative et qualitative : suivi du rendement des polyphénols, de l’activité antioxydante et caractérisation chimiques des composés extraits.Une étude comparative des prétraitements (CEP, US et MO) couplés à une diffusion en milieu hydro-alcoolique alcalin, a permis de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu lors d’un traitement d’un tissu fibreux. L’étude a prouvé que l’efficacité du procédé est indépendante de la famille d’arbre à laquelle appartiennent les écorces (résineux ou feuillus). De plus, pour valoriser les écorces de bois, l’application d’un prétraitement par CEP (20 kV/cm, 200 impulsions, 3,2 kJ/g bois) suivi d’une diffusion semble être une alternative aux ultrasons, micro-ondes et à l’extraction avec des écorces préalablement broyées. En effet, grâce à l’action électrique et mécanique des CEP, ce prétraitement permet d’obtenir un extrait riche en polyphénols (10,5 g EAG/100g MS pour l’épicéa soit 83 % d’efficacité et 5 g EAG/100g MS pour le chêne soit 82 % d’efficacité). / This research work focuses on the intensification of polyphenols extraction from Quercus robur and Norway spruce barks using innovative technologies : pulsed electric field (PEF), ultrasound assisted extraction (UAE) and microwave assisted extraction (MAE). These pre-treatments enhance the release of intracellular compounds by damaging the membrane and/or cell wall. The effect of each of these technologies (PEF, UAE and MAE) on polyphenols extraction has been highlighted in a quantitative and qualitative optimization analysis by evaluating the polyphenols concentration, antioxidant activity and by the chemical characterization of the extracted compounds.A comparative study of pre-treatments (PEF, UAE and MAE) coupled with an extraction step in an alkaline hydro-alcoholic medium allowed us to better understand the involved phenomena. The induced process efficiency is independent of the tree family to which the bark belongs (coniferous and hardwood). For bark valorization, the application of PEF treatment (20 kV/cm, 200 pulses, 3.2 kJ/g bark) followed by a diffusion step seems to be an alternative to ultrasound and microwave assisted extractions and to the extraction from grinded barks. In fact, the electrical and mechanical effect of PEF treatment allow to obtain an extract rich in polyphenols (10.5 g GAE/100g DM and an efficiency of 83 % for Norway spruce and 5 g GAE /100g DM and an efficiency of 82 % for Quercus robur bark).

Cette étude a deux objectifs principaux : l’extraction de tanins condensés d’écorces de pin maritime et la formulation de colles tanin-lignosulfonate. Deux méthodes d’extraction ont été étudiées. La première est une extraction à l’eau chaude ; c’est une technique simple, peu coûteuse, sans solvant. La deuxième est une extraction assistée par micro-ondes ; c’est une technique innovante, rapide et peu consommatrice en solvant. L’optimisation des conditions d’extraction à l’eau chaude a été réalisée. Les extraits ont été caractérisés par des dosages colorimétriques, leur réactivité au formaldéhyde, par infrarouge à transformée de Fourier (IRTF), par chromatographie en phase liquide à haute pression, par 1H RMN et 2D HSQC RMN. L’impact de la granulométrie sur l’extraction de polyphénols et particulièrement de tanins condensés par extraction assistée par micro-ondes a été étudié pour la première fois. Les deux types d’extraction ont été comparés. L’extraction assistée par micro-ondes a un rendement en extractibles inférieur à l’extraction à l’eau chaude. Mais elle extrait plus de tanins condensés, de flavonoïdes simples et plus de sucres. Quelle que soit la méthode d’extraction, les tanins condensés majoriatires extraits de l’écorce de pin maritime sont de la catéchine, de l’épicatéchine, de l’épicatéchine gallate et de l’épigallocatéchine. Des colles tanin-lignosulfonate ont été produites en utilisant l’héxaméthylènetetramine comme durcisseur. Dans un premier temps, des tanins de mimosa ont été utilisés avec des lignosulfonates de sodium et des lignosulfonates d’ammonium. Les lignosulfonates ont subi deux traitements au glyoxal qui ont été comparés par analyse thermogravimétrique (ATG), par calorimétrie différentielle à balayage (DSC), par les propriétés thermiques et mécaniques de colles et de panneaux de particules avec des lignosulfonates ayant subi les deux traitements ont également été étudiées. L’optimisation du ratio tanin de mimosa-lignosulfonate glyoxalé a été menée et les propriétés thermiques des colles mesurées. L’optimisation des conditions de pressage de panneaux de particules a été réalisée. Des panneaux de particules avec de bonnes performances mécaniques ont été fabriqués. Des colles à base de tanins d’écorce de pin maritime et de lignosulfonates ont été réalisées avec 40% de tanins et 60% de lignosulfonates. Ces colles ont été caractérisées par IRTF, analyse thermomécanique, ATG et DSC. Ces colles sont rentrées dans la fabrication de panneaux de particules. Les émissions de formaldéhyde et la cohésion interne des panneaux ont été mesurées et comparées à des panneaux encollés avec une colle tanin de mimosa-lignosulfonate et une résine urée-formaldéhyde. Grâce à ces résultats, il a été possible de montrer que les panneaux de particules fabriqués à partir de colles bio-sourcées n’émettaient pas de formaldéhyde. / This study has two main objectives: the extraction of condensed tannins from maritime pine bark and the preparation of tannin-lignosulfonate adhesives. Two extraction methods were studied. The first is hot water extraction which is a simple, cheap method without the use of an organic solvent. The second is microwave-assisted extraction which is a fast, innovative method using only a small amount of solvent. Optimum extraction conditions were determined for hot water extraction. The extracts were characterised by their reaction to formaldehyde and by using colorimetric tests, Fourier Transformed Infrared spectroscopy (FTIR), high pressure liquid chromatography, 1H NMR and heteronuclear single quantum correlation 2D NMR.. The two types of extraction were compared. It was found that microwave-assisted extraction produced a lower yield of extractibles than the hot water method but that it produced more condensed tannins, simple flavonoids and sugars. The condensed tannins extracted from maritime pine bark are catechin, epicatechin, epicatechin gallate and epigallocatechin, whatever the extraction method used. Tannin-lignosulfonate adhesives were produced using hexamethylenetetramine as a hardener. First, mimosa tannins were used with sodium lignosulfonates and ammonium lignosulfonates. The lignosulfonates underwent two glyoxal treatments which were compared using thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), and by determining the thermal and mechanical properties of the adhesives and of the particle boards made using the lignosulfonates resulting from the two treatments. The optimum mimosa tannin-glyoxalated lignosulfonate ratio was determined and the thermal properties of the adhesives were measured. The optimum conditions of pressing the particle boards were determined. Particle boards which recorded a good mechanical performance were produced. Adhesives using maritime pine bark tannins and lignosulfonates were prepared with 40% tannins and 60% lignosulfonates. These adhesives were characterised using FTIR, thermomechanical analysis, TGA and DSC. These adhesives were used to produce particle boards. The emission of formaldehyde and the internal bond of the boards were measured and compared to those of boards made with a mimosa tannin-lignosulfonate adhesive and to those of boards made with a urea-formaldehyde resin. Thanks to these results, we were able to produce particleboards with bio-based adhesives that didn’t emit formaldehyde.

Ce projet de thèse est dédié à l’étude de l’intensification de l’extraction des polymères d’hémicelluloses à partir du bois d’épicéa par l’application de prétraitements physicochimiques : microondes (MO), décharges électriques de hautes tension (DEHT) et explosion à la vapeur (STEX). L’extraction des hémicelluloses est souvent réalisée par autohydrolyse ou par des traitements chimiques. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié un procédé basé sur l’extraction des hémicelluloses en combinant des prétraitements physiques aux prétraitements chimiques et à l’autohydrolyse. Ce couplage a permis d’avoir des hémicelluloses avec des poids moléculaires moyens en masse (Mw) élevés allant jusqu’à 70 kDa, 66 kDa et 55 kDa lors des extractions en milieu basique par STEX, MO et DEHT respectivement. Les performances des prétraitements en termes de rendement d’extraction sont plus élevées que pour l’autohydrolyse seule pour les mêmes conditions de température et de temps d’extraction. La caractérisation des hémicelluloses extraites a révélé une sélectivité d’extraction en fonction du pH du milieu d’imprégnation. L’imprégnation en milieu neutre favorise la solubilisation des galactoglucomannanes (GGM) et l’imprégnation en milieu basique favorise la solubilisation des arabinoglucoronoxylanes (ARX). L’analyse du degré d’acétylation (DA) a montré que la STEX a permis d’extraire des acetyl-GGM avec des DA (~0,35) proches de celui des hémicelluloses à l’état natif. Les films élaborés à partir des hémicelluloses extraites présentent des barrières intéressantes vis à vis de l’oxygène (0,83 cm3.μm-1.jour-1.kPa au maximum) et du rayonnement UV. / This thesis project is specifically dedicated to the study of the intensification of the extraction of hemicellulose polymers from spruce wood by the application of physicochemical pretreatments: Microwave (MW), High Voltage Electrical Discharge (HVED) and Steam Explosion (STEX). Extraction of hemicelluloses is often carried out by an autohydrolysis or by chemical treatments. In this work, we have developed an original process for extracting hemicelluloses polymers by combining physical pretreatments (MW, HVED and STEX) with chemical pretreatments and autohydrolysis. This combination allowed us to recover hemicelluloses with average molecular weights (Mw) highs up to 70 kDa, 66 kDa and 55 kDa when STEX, MW and HVED were applied in basic medium respectively. The performance of the pretreatments in terms of extraction yield is higher than the autohydrolysis alone for the same extraction temperatures. The characterization of the extracted hemicelluloses revealed an extraction selectivity as a function of the pH of the medium of impregnation. Impregnation in neutral medium promotes the solubilization of galactoglucomannans (GGM) and impregnation in a basic medium promotes the solubilization of arabinoglucoronoxylans (ARX). The analysis of the degree of acetylation (AD) showed that STEX pretreatment allowed the extraction of acetyl-GGM with an AD of approximately 0.35 which is close to that in native hemicelluloses.The characterization of films made from extracted hemicelluloses showed that these films are good barrier to oxygen with oxygen permeability near to 0.83 cm3 μm-1 day-1 kPa-1 and to UV radiations.

Dans cette étude, nous nous sommes intéressés aux propriétés physiques et chimiques de six accessions de Mammea americana afin de pouvoir identifier les accessions les plus prometteuses pour la vente en frais ou la transformation. Nous avons également cherché à évaluer l’activité antioxydante de la pulpe, identifier et quantifier ses composés phénoliques et optimiser leur extraction à l’aide de la technique assistée par ultrasons.Nos résultats montrent que les accessions étudiées présentent des caractéristiques physiques, physico-chimiques et fonctionnelles significativement différentes. Pavé 11, Lézarde et Ti Jacques sont intéressants pour la vente en frais, en raison de leurs fruits sucrés avec une teneur élevée en caroténoïdes et composés phénoliques totaux. Sonson, Pavé 11 et Lézarde présentent une adaptabilité à la transformation. La composition polyphénolique de la pulpe déterminée par HPLC-DAD et UPLC-MS, a mis en évidence la présence d’acides phénoliques, de tanins condensés, de flavonols et flavanols dans nos échantillons. D’autre part, les tests d’activité antioxydante (DPPH et ORAC) révèlent que Ti jacques est l’extrait le plus actif. Un plan d’expérimentation a été mis en œuvre afin d’optimiser l’extraction des polyphénols à l’aide d’une technique d’extraction assistée par ultrasons. Les résultats montrent que l’extrait obtenu est riche en polyphénols et contient les mêmes teneurs en acides phénoliques et flavonols comparé à celui obtenu par la méthode conventionnelle. De plus, l’extrait obtenu à l’aide d’un solvant « vert » possède de bonnes propriétés organoleptiques. / Our work focuses on the physical and chemical properties of six mamey apple cultivars in order to select elite cultivars suitable for food processing or as table fruit. The antioxidant activity of the fruit pulp, the identification and quantification of the polyphenols responsible for it, and ultrasound assisted extraction method were also investigated.According to our results, the postharvest routes for every cultivar could be different. Pavé 11, Lézarde and Ti Jacques were found to be good for consumption, giving sweeter fruits with high total phenolic and carotenoid contents. Sonson, pavé 11 and Lézarde had suitable characteristics for the manufacturing of mamey products. The polyphenolic composition of the pulp determined by HPLC-DAD and UPLC-MS showed the presence of phenolic acids, condensed tannins, flavonols and flavanols. The results of the antioxidant test (DPPH and ORAC) point out that the most antioxidant cultivar was Ti Jacques. The design and optimization of the ultrasound assisted extraction method has done for polyphenols extraction. The results showed that the polyphenols rich extract contains the same content of phenolic acids and flavonols in comparison to the conventional method. Additionally, the dry extract obtained with a “green” solvent, had good organoleptic properties.