Les tourteaux de colza et de tournesol, principalement utilisés en alimentation animale pour leur forte teneur en protéines, représentent des sources d’acides phénoliques aux propriétés antioxydantes et bioacives variées mais peu valorisées à ce jour. Par ailleurs, les procédés de séparation de ces composés sont basés sur des extractions par solvants qui génèrent des effluents et impactent l’intégrité des autres composants des matières premières.La première partie de ce travail de thèse a été consacré au développement de nouveaux procédés de séparation de la fraction phénolique des tourteaux de colza et de tournesol. Après un broyage adéquat des tourteaux, le fractionnement par tri électrostatique et turbo-séparation a permis d’obtenir des fractions enrichies en protéines et les composés phénoliques. Dans les deux cas, l’état granulométrique des tourteaux broyés a été déterminant. Le tri électrostatique a conduit au plus forts taux d’enrichissement en protéines et composés phénoliques (jusqu’à deux fois la concentration dans les tourteaux) avec des rendements de l’ordre de 30% après recyclages. Cette étape a été suivie par l’extraction de la fraction phénolique par des mélanges hydro-alcooliques « verts » à base d’éthanol, en substitution au méthanol.Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés à la production enzymatique des acides sinapique et caféique, à partir des tourteaux ou de leurs extraits. Trois cinnamoyl estérases recombinantes d’A. niger aux activités et spécificités différentes ont été testées. L’hydrolyse des tourteaux non traités thermiquement s’est traduite par une dégradation des composés phénoliques par des enzymes endogènes. Le problème a pu être contourné en réalisant l’hydrolyse sur l’extrait phénolique des tourteaux avec néanmoins, dans le cas du colza, l’existence de réactions secondaires néfastes au rendement en acide sinapique.La dernière partie a consisté en la synthèse de mono- et di-esters d’acide sinapique et caféique avec différents α,ω-diols aliphatiques, puis l’évaluation de leur capacité antioxydante en milieu émulsionné et en milieu homogène. Un effet négatif de la mono-estérification des acides phénoliques a été observé en milieu hétérogène montrant ainsi l’influence négative du groupement hydroxyle situé à l’extrémité de la chaîne alkyle. Un effet de seuil a été observé, en revanche, avec les deux familles de di-esters d’acides phénoliques, indiquant une amélioration de la capacité antioxydante jusqu’à un optimum correspondant à une longueur de chaine alkyle particulière. Enfin, tous les mono- et di-esters testés en milieu homogène ont montré une capacité antiradicalaire plus faible que celle des acides phénoliques de départ correspondants. / Rapeseed and sunflower meals are highly abundant and protein-rich by-products mainly dedicated to animal feed. Besides, they also represent an interesting source of phenolic compounds with various bioactive and antioxidant properties, but widely untapped so far. In addition, the recovery processes of phenolic compounds are based on the use of solvents that generate effluents and may negatively affect the integrity of other meal constituents.The first part of this work was devoted to the development of new separation processes of rapeseed and sunflower meal phenolic fractions. After an appropriate milling of the meals, the dry fractionation by electrostatic sorting or air classification allows the recovery of proteins and phenolics enriched fractions. In both cases, the particle-size distribution of milled meals has been of paramount importance on process efficiency. Electrostatic sorting lead to the highest enrichments in proteins and phenolics (up to two times more than in starting meals) with recovery yields around 30% after recycling. This step was followed by the extraction of phenolics using green hydro-alcoholic mixtures based on ethanol as substitutes to methanol.In the second part, we investigated the enzymatic production of sinapic and caffeic acids from rapeseed and sunflower meals or their extracts. Three recombinant cinnamoyl esterases from A. niger exhibiting different activities and selectivities were tested. Owing to the presence of active endogenous enzymes, the hydrolysis of non-thermally treated meals has lead to a significant loss of phenolics. The issue was overcomed by performing hydrolysis on the corresponding phenolic extracts. However, in case of rapeseed extract, acyl transfer reactions were detrimental to sinapic acid formation and yield.Finally, in the last part, we synthesized mono- and di-esters of sinapic and caffeic acids with aliphatic α,ω-diols of increasing chain length, then we evaluated their antioxidant capacities in emulsion and in homogenous medium. A negative impact of the mono-esterification of the phenolic acid with the different aliphatic diols was observed in the heterogeneous media, implying the negative influence of the hydroxyl group at the end of the alkyl chain. Conversely, a “cut-off” effect was observed for the two di-esters series showing an improvement of the antioxidant capacity until an optimum was reached for a particular alkyl chain. Finally, all the esters showed lower antiradical capacities in the homogenous media compared to the corresponding starting phenolic acids.

De nos jours, l'apport de polyphénols s'avère être bénéfique dans la lutte contre les dommages oxydatifs liés au stress oxydant. Cependant, leur biodisponibilité est limitée par leur polarité. Pour contourner ce problème, une des stratégies consiste à ajuster la lipophilie de l'antioxydant par des réactions de lipophilisation mettant en jeu un vecteur lipidique. Ainsi, des précédentes études ont montré que l'activité antioxydante était directement liée à la longueur de la chaîne alkyle greffée et ont également révélé un effet non linéaire dit effet « cut-off ». L'objectif de notre étude a donc été de comprendre l'effet non linéaire de la lipophilisation sur l'activité antioxydante de l'acide rosmarinique. Ainsi, des rosmarinates d'alkyle et de diacylglycérol ont été synthétisés, et leurs propriétés antioxydantes évaluées sur des fibroblastes surexprimant une quantité d'EROs. L'effet « cut-off » a été à nouveau observé avec ces phénolipides. En effet, le rosmarinate de décyle et le 1-rosmarinoyl-2,3-dilauroyl glycérol sont les antioxydants les plus actifs. Cependant, la série des rosmarinates d'alkyle étant la plus efficace, l'influence du vecteur lipidique a été étudié uniquement sur cette dernière. Il a été ainsi constaté que la lipophilisation de l'acide rosmarinique avec une chaîne alkyle de 4 à 10 atomes de carbone améliore son transport au sein de la cellule, alors que les esters à 16 et 18 atomes de carbone s'organisent sous forme d'agrégats extracellulaires limitant ainsi leur internalisation. De plus, alors qu'une partie de ces esters est localisée dans le cytoplasme, tout comme l'acide rosmarinique et le rosmarinate de butyle, le rosmarinate de décyle est en revanche situé dans la mitochondrie. Cette propriété en fait donc une molécule très prometteuse pour la conception de nouveaux antioxydants à activité mitochondriale ciblée. Néanmoins, sa cytotoxicité joue un rôle majeur dans son mécanisme d'action. A fortes concentrations, il affecte la viabilité cellulaire, tandis qu'à faibles concentrations, aucun effet cytotoxique notable n'est mis en évidence. / Nowadays, polyphenols supply has proved to be beneficial against oxidative damages linked to oxidative stress. However, their bioavaibility is limited by their polarity. To solve the issue, one strategy consists in adjusting the antioxidant hydrophobicity by lipophilization reactions with lipidic carriers. Indeed, previous studies showed that antioxidant activity was directly linked to the alkyl chain length grafted and also revealed a “cut-off” effect. The objective of this study is to understand this nonlinear effect of the lipophilization of rosmarinic acid on antioxidant activity. Thus, alkyl rosmarinate and diacylglycerol rosmarinate were synthesized and their antioxidant activity was evaluated into fibroblasts cells overexpressing radical oxygen species. The “cut-off” effect was again observed with these phenolipids. In fact, decyl rosmarinate and dilauroyl rosmarinate were shown to the best antioxydants. The lipophilization of rosmarinic acid with an alkyl chain from 4 to 10 carbon atoms improve its cell uptake whereas esters of 16 and 18 carbon atoms assemble in extracellular aggregate limiting their cell uptake. Furthermore, one part of these esters is located into cytoplasm like rosmarinic acid and butyl rosmarinate. On the contrary, the decyl rosmarinate (R10) is located into mitochondria. This property allows targeting mitochondria. Nevertheless, its cytotoxicity is involved in mechanism. At high concentration, R10 affects cell viability, while at low concentration, no cytotoxic effect is observed.

Très récemment, les solvants de type « mélanges eutectiques profonds (MEP)» ont été décrits comme une alternative sérieuse et économiquement plus réaliste aux liquides ioniques. En effet, ces solvants qui consistent en un mélange d'un sel organique (ammonium ou phosphonium) et d'un donneur de liaison hydrogène peuvent également être liquides à température ambiante, non volatils et présentant une excellente stabilité thermique. De plus, contrairement aux liquides ioniques, ces nouveaux solvants sont très facilement préparés et leur innocuité ainsi que leur bonne biodégradabilité sont sensiblement améliorées. Dans le domaine des procédés enzymatiques, si la biocatalyse en milieu liquide ionique est très documentée, il n'existe que très peu de publications décrivant des réactions de biotransformation en MEP. Concernant les lipases en particulier, outre leurs applications dans le biofaçonnement des corps gras, ces enzymes sont également utilisées dans des réactions dites de lipophilisation pour la synthèse de nouvelles molécules à haute valeur ajoutée (tensioactifs, antioxydant lipophilisés). Au travers cette étude nous nous sommes investis à tester le potentiel des MEP en tant que nouveaux milieux réactionnels « verts » pour la synthèse lipasique. Ce travail n'a pas eu comme objectif de faire l'éloge de ces solvants pour leur utilisation dans le domaine de la biocatalyse, mais surtout d'évaluer leur capacité à favoriser ou non des synthèses lipasiques. Par ailleurs, nous nous sommes engagés à essayer de comprendre, d'un point de vue fondamental, l'organisation supramoléculaire de ce type de milieux pour déterminer les paramètres qui influencent le plus la réactivité et la stabilité enzymatique dans ce type d'environnement. Les variations des conditions réactionnelles (solvants et biocatalyseurs) ont permis de mettre en évidence la très nette supériorité de deux MEP (Chlorure de cholinium:Urée et Chlorure de cholinium:glycérol) pour la réalisation de réactions d'alcoolyses biocatalysées par la lipase B de Candida antarctica. Toutefois, les résultats ont montré que les réactions de biotransformations de composés phénoliques dans ces MEP sont extrêmement difficiles à réaliser sans l'addition d'eau. De profondes études (pH, activité thermodynamique de l'eau, activité et stabilité de la lipase, composition du solvant, etc.) réalisées sur des mélanges du type MEP-eau ont permis de finement adapter les conditions de réaction pour optimiser la catalyse enzymatique dans ce type de solvant. Compte tenu des difficultés rencontrées pour la lipophilisation de composés phénoliques, nous sommes toutefois parvenus à synthétiser toute une gamme de dérivés lipophiles d'acides férulique et coumarique de C4 à C16 (chaîne aliphatique) avec des rendements élevés. / With the emergence of the green chemistry concept in the 90s, many studies have been dedicated to the discovery of new reactions media both suitable and efficient for chemical/enzyme catalysis. Up to now, the main efforts have focused on the development of ionic liquids. However, recently a novel class of solvent called "deep eutectic mixtures (DES)", have been described as a serious alternative and economically stronger than ionic liquids. Such solvents are formed by mixing an organic salt (ammonium or phosphonium) with a hydrogen-bond donor. Just like ionic liquid, DES may also be liquid at room temperature, non-volatile and have excellent thermal stability. However, unlike most ionic liquids, these new solvents are biodegradable, inexpensive, and very easy to prepare. In the field of biocatalysis, whereas the studies in ionic liquid are deeply documented, the published papers describing biotransformation reactions in DES are very low, especially in lipase-catalyzed processing, where these enzymes may be used in so-called "lipophilisation reactions", for the synthesis of new molecules with high added value (surfactants or lipophilized antioxidants).The main objective of this work was to assess and test the potential of DES as new "green" reaction media for lipase-catalyzed synthesis. On a fundamental point of view, this study provides valuable information to understand how the different components involved in these mixtures could contribute to their functional properties in order to enhance their use in various applications. Changes in reaction conditions (solvents and biocatalysts) allowed us to highlight the clear superiority of two DES (chloride cholinium:Urea and chloride cholinium:glycerol) to carry out lipase-catalyzed reactions using the lipase B from Candida antarctica as biocatalyst. However, our results showed that the biotransformations of dissolved substrates (such as phenolic compounds) in DES are extremely difficult to achieve without the addition of water. Studying DES-water mixtures (pH, thermodynamic activity of water, activity and stability of lipase, mixtures composition, etc ...) we were able to fine-tune the reaction conditions to optimize the performance of the lipasic catalysis. Thus, given the difficulties encountered when performing lipase-catalyzed reactions with substrates of two different polarities, it was still possible to synthesize high yields of a full range of lipophilic derivatives of ferulic and coumaric acids from C4 to C16 (aliphatic chain).

Les composés phénoliques sont des métabolites secondaires chez les végétaux, qui possèdent un large éventail de propriétés biologiques et fonctionnelles, par exemple antioxydantes, antimicrobiennes. Comme ils sont très répandus dans le règne végétal, les sous-produits issus de la transformation végétale représentent une source intéressante et peu coûteuse des polyphénols qui pourraient être utilisés comme additifs naturels, inoffensifs et multifonctionnels, avec une valeur de marché ajoutée. Toutefois, leur polarité limite leur utilisation dans des systèmes émulsionnés complexes, tels que ceux rencontrés en formulations cosmétiques, alimentaires, ou pharmaceutiques. Sur cette base, la lipophilisation s’est avérée être une stratégie efficace pour améliorer le caractère hydrophobe de ces composés bioactifs et, par conséquent, leurs propriétés fonctionnelles.Le principal objectif de ce travail a été d'ajouter de la valeur à des sources végétales riches en polyphénols par l'extraction, caractérisation et enfin, par lipophilisation des principaux polyphénols issus de ces sources. Dans ce contexte, Hibiscus sabdariffa L. ou roselle, cultivée dans le monde entier et considérée comme une importante source d’anthocyanes, avec des propriétés colorantes uniques, ainsi que des propriétés antioxydantes et antimicrobiennes, a été utilisée pour l'extraction assistée par ultrasons, suivi d’une seule étape de fractionnement par chromatographie en phase liquide à basse pression, pour isoler ces principaux anthocyanes. Les composés ainsi obtenus ont été utilisés pour évaluer leur possibilité à être lipophilisés en utilisant différentes longueurs de chaînes alkyles. Egalement, les propriétés colorantes des anthocyanes issues d’hibiscus ont été calculées par la méthode de pH jumps. Ainsi, les constantes de pseudo équilibre (pK'a 2,9), d’acidité (pKa 3,7) et d’hydratation (pK'h 3,0) de la delphinidine-3-O-sambubioside, ont été estimées.La delphinidine-3-O-sambubioside et la cyanidine-3-O-sambubioside ont été les principaux anthocyanes obtenus à partir de l’extrait d'hibiscus. Ces composés ont été lipophilisés avec succès pour la première fois, par voie chimique. Les produits ont été caractérisés par des techniques de chromatographie et spectrométrie. L'acide protocatéchique (PA), qui peut être extrait de la fleur d'hibiscus, a été utilisé comme molécule modèle, et il a été lipophilisé par voie chimique avec une série homologue d'alcools. Afin d'évaluer l'impact de la lipophilisation sur leurs propriétés fonctionnelles, leur activités antioxydantes (DPPH, ORAC, CAT), et antifongique (méthode de microdilution) ont été évaluées avant et après lipophilisation. De manière générale, les molécules estérifiées avec des alcools de chaîne courte et moyenne (de C1 à C6) ont montré des activités améliorées par rapport au composé non estérifié.En conclusion, cette étude a montré que la lipophilisation, en utilisant une longueur de chaîne optimale, pourrait avoir un impact positif sur les propriétés antioxydantes et antifongiques des composés phénoliques. Ces travaux de thèse ont également démontré que cette stratégie peut être appliquée à différentes familles de composés phénoliques, tels que les anthocyanes et les acides phénoliques, pour l’obtention des molécules pouvant être potentiellement utilisées comme additifs dans des produits de formulation. / Phenolic compounds are a group of secondary plant metabolites with a broad range of inherent biological and functional properties e.g. antioxidants and antimicrobial agents, all bundled within the phenol functional group. Since they are one of the most widely distributed molecules in the vegetal kingdom, by-products issued from the vegetal processing represent an interesting and inexpensive source of polyphenols that could be used as natural, innocuous and multifunctional ingredients, with an added market value. However, the polarity of these phenolic compounds limits their use in complex emulsified systems, such as food, pharmaceutical or cosmetic formulations. Based on this, lipophilization has showed to be an efficient strategy to enhance the hydrophobicity of these bioactive compounds and, consequently, their functional properties. The aim of this work was to add value to polyphenol-rich plant sources by the extraction, characterization and finally, lipophilization of their predominant polyphenols. In this context, Hibiscus sabdariffa L. or roselle flower, an inexpensive, worldwide produced source of anthocyanins, with unique color, and, antioxidant and antimicrobial properties, was used for ultrasound-assisted extraction and single-step fractionation by low-pressure liquid chromatography, to isolate its main anthocyanins. The obtained compounds were used to evaluate their suitability for lipophilization with different chain length alkyl donors. Moreover, the color properties of hibiscus anthocyanins were studied by the pH jumps method, which allowed the calculation of the pseudo equilibrium (pK'a 2.9), acidity (pKa 3.7) and hydration constants (pK'h 3.0).The obtained hibiscus anthocyanins (delphinidin-sambubioside and cyanidin-sambubioside) were successfully chemically lipophilized. The products were characterized by means of LC/ESI-MS. Moreover, protocatechuic acid (PA), which can be extracted from hibiscus flowers, was used as model molecule, and it was chemically lipophilized with a homologous series of alcohols. In order to evaluate the impact of the lipophilization on their functional properties, protocatechuates were assessed for their antioxidant (DPPH, ORAC, CAT), and antifungal (microdilution method) activity, before and after chemical lipophilization. In general, protocatechuates with short to medium alkyl chain lengths (from C1 to C6) showed improved activities compared to the parent compound. In conclusion, this study showed that, lipophilization using the optimal chain length could have a positive impact in the functional properties, e.g. antioxidant and antifungal activities, of phenolic compounds. Here was also demonstrated that this strategy can be applied to different families of phenolic compounds, such as anthocyanins and phenolic acids, representing an alternative to synthesize molecules that might have potential use as additives in formulated products.