Dans le domaine pharmaceutique, la voie orale demeure la voie d’administration de prédilection, car plus simple et mieux acceptée par les patients. Cependant, ce mode d’administration pose problème pour de nombreux principes actifs (PA) présentant une faible solubilité, une faible perméabilité et/ou une instabilité dans l’environnement gastro-intestinal. Leur micro-encapsulation dans des matrices polymériques peut permettre d’y répondre, notamment si les microparticules générées résistent aux environnements rencontrés lors du tractus gastro-intestinal et jouent alors un rôle protecteur, tant pour le principe actif que pour les muqueuses rencontrées. La recherche de nouveaux excipients, issus des agro-ressources tels que les polymères naturels, est en plein essor. Les protéines végétales, grâce à leurs propriétés fonctionnelles telles qu’une bonne solubilité, une viscosité relativement basse, et des propriétés émulsifiantes et filmogènes, représentent des candidats privilégiés. De plus, la grande diversité de leurs groupements fonctionnels permet d’envisager des modifications chimiques ou enzymatiques variées. L’objectif de ce travail était d’étudier l’intérêt de la protéine de soja en tant que matériau enrobant de principes actifs pharmaceutiques destinés à la voie orale, et plus particulièrement en tant que candidat pour l’élaboration de formes gastro-résistantes. Un isolat protéique de soja (SPI) été utilisé comme matière enrobante et l’atomisation comme procédé. L’ibuprofène, anti-inflammatoire non stéroïdien, a été choisi comme molécule modèle du fait de sa faible solubilité nécessitant une amélioration de sa biodisponibilité, et de ses effets indésirables gastriques nécessitant une mise en forme entérique. Deux modifications chimiques des protéines (l’acylation et la succinylation) ont été étudiées dans le but de modifier la solubilité de la protéine de soja. Ces modifications ont été effectuées dans le respect des principes de la Chimie Verte, notamment en absence de solvant organique. Les microcapsules obtenues par atomisation ont été caractérisées en termes de taux et efficacité d'encapsulation, morphologie et distribution de tailles des particules, état physique du PA encapsulé et capacité de libération en milieu gastrique et intestinal simulé. Les résultats obtenus ont permis de valider l’intérêt des modifications chimiques de la protéine de soja pour moduler les cinétiques de libération d’actif. Les modifications chimiques sont apparues particulièrement adaptées pour l’encapsulation de principes actifs hydrophobes, et ont permis de l’obtention de cinétiques de libération d’ibuprofène ralenties à pH acide (gastrique). La dernière partie de ce travail a permis de valider cette dernière hypothèse par la réalisation de formes gastro-résistantes sur le modèle des comprimés MUPS (multiple unit pellet system). Les résultats de ce travail exploratoire démontrent que les protéines de soja, associées à un procédé de mise en forme multi-particulaire couplé à de la compression directe, peuvent constituer une alternative biosourcée, respectueuse de l’environnement (manipulation en solvant aqueux, temps de séchage et étapes de compression réduits) et sûre à l’enrobage utilisé dans les formes gastro-résistantes traditionnelles.

Ces travaux de recherche ont permis d ' élaborer une méthode de gélification 'à froid ' induite par l'addition de sels de calcium à des protéines de soya thermiquement dénaturées, le but ultime étant d'utiliser ces hydrogels dans le développement de nouveaux aliments fonctionnels et comprimés nutraceutiques ayant des effets bénéfiques sur la santé. Les résultats obtenus démontrent la formation de deux types d 'hydrogels distincts selon la teneur en sels de calcium utilisés. À faible teneur en sels de calcium, des hydrogels filamenteux caractérisés par une microstructure ordonnée et une bonne capacité de rétention d'eau sont obtenus, alors que des hydrogels poreux, agrégés et ayant une faible capacité de rétention d'eau sont identifiés lorsqu'une haute teneur en sels de calcium est utilisée. Ces deux types d 'hydrogels démontrent des propriétés rhéologiques distinctes, utilisées pour quantifier leur dimension fractale respective. Il a été démontré par cette étude que les hydrogels de type filamenteux sont sujet à un mécanisme de formation lent selon un patron dicté par l'encombrement stérique des agrégats primaires, tandis que les hydrogels agrégés sont formés rapidement de façon totalement aléatoire, créant une microstructure désordonnée. Des études in vitro en conditions gastro-intestinales montrent clairement la capacité des hydrogels filamenteux et agrégés à protéger des molécules de vitamine B2, emprisonnées dans leur structure, contre les conditions gastriques (enzymes digestives, pH acide) et à les libérer en conditions intestinales. Les hydrogels filamenteux montrent des profils de libération de la vitamine B2 plus constants que ceux agrégés dû à leur structure moins poreuse. Des comprimés formés à partir des hydrogels lyophilisés et compressés ont également été conçus. Les études in vitro effectuées sur ces comprimés démontrent, comme les études menées sur les hydrogels, une bonne protection de la vitamine B2 en présence de conditions gastriques et une libération accrue lorsque soumis aux conditions intestinales. D'intéressantes perspectives dans le développement de véhicules (hydratés ou comprimés) pour la protection de molécules nutraceutiques et leur libération intestinale sont donc envisageables à partir des hydrogels développés dans le cadre de cette étude.

Depuis plusieurs décennies, de nombreuses recherches ont porté leur attention sur les bioactivités des constituants du soya, depuis les isoflavones jusqu'aux protéines, en passant par les peptides. L'objectif principal de ce travail de thèse était de démontrer qu'à partir de l'hydrolyse enzymatique de protéines de soya par la pepsine et la pancreatine, il était possible d'isoler et de concentrer des peptides bioactifs plus efficacement par la technique d'électrodialyse avec membranes d'ultrafiltration (ÉDUF) que par l'emploi des méthodes traditionnelles d'UF. Au cours de ces travaux, les premiers résultats ont démontré que l'utilisation de l'UF (seuil de coupure de 10 kDa, facteur de concentration 2X, pression trans-membranaire de 173 kPa) permettait de concentrer les peptides bioactifs, soit dans le perméat soit dans le rétentat, dépendamment de la bioactivité recherchée. En parallèle, cette étude a également permis de mettre en évidence que la configuration membranaire des diverses membranes disponibles commercialement, jouait un rôle important sur la séparation des peptides (comparaison des configurations de membrane spiralée et de membrane à fibres creuses). Ainsi, l'étude de la capacité des fractions collectées à moduler la captation du glucose a montré que seul le rétentat de la membrane spiralée (SWR) donne des résultats significativement améliorés. Selon l'analyse de la composition en acides aminés des différentes fractions, cette bioactivité serait due à une plus forte concentration en lysine. Par la suite, l'étude en ÉDUF des effets du pH sur les paramètres électrodialytiques (conductivité, taux de migration, résistance membranaire, etc.) ainsi que sur les bioactivités des fractions collectées (traitement de 4 h à 5 V avec des membranes d'un seuil de coupure de 10 kDa, pH 3, 6 et 9) a démontré l'impact du colmatage potentiel des membranes plus ou moins conséquent selon le pH sur la migration des peptides anioniques. Cependant, aucune des fractions collectées n'a démontré de capacités à stimuler la captation du glucose in vitro. Par la suite, il a pu être démontré qu'un traitement de 6 h à 50 V avec des membranes présentant un seuil de coupure de 100 kDa à pH 6 permettait l'isolement et la concentration de peptides dont la capacité à moduler la captation du glucose était de 22% supérieure à celle de l'hydrolysat complet et de 33% par rapport à celle induite par la fraction SWR. L'ensemble de ces travaux nous a donc permis de démontrer que l'hydrolyse enzymatique utilisée permettait de libérer des peptides bioactifs à partir des protéines du soya, mais également, que par l'optimisation des paramètres d'ÉDUF, il est possible d'isoler ces peptides bioactifs de manière plus sélective que par l'utilisation des techniques traditionnelles.

Les protéines de soya constituent un substrat très avantageux pour la formation de systèmes de libération de molécules actives. Les globulines du soya montrent en effet des propriétés fonctionnelles remarquables, notamment gélifiantes, permettant leur utilisation dans la formation d 'hydrogels. Afin de former des gels aux propriétés de libération modulables, la formation de gels de protéines de soya par réticulation a été envisagée. Le présent travail vise à étudier l'impact de la nature de l'agent réticulant employé: le glycéraldéhyde versus le glutaraldéhyde, de leur concentration ainsi que des conditions de formation des gels, plus particulièrement la présence de chlorure de sodium, sur les propriétés macroscopiques des gels, leur microctructure ainsi que leurs propriétés de libération in vitro. Les résultats de ces travaux ont montré que les propriétés macroscopiques étaient très influencées par l'agent réticulant employé, sa concentration ainsi que par la présence de sel lors de la formation des gels. Ainsi, une augmentation du degré de réticulation des gels ou l' aj out de sels durant leur formation conduirait à des changements importants dans les propriétés rhéologiques des gels ainsi que dans leur gonflement. Au contraire, une modification du degré de réticulation des gels et/ ou l'ajout de chlorure de sodium ne conduirait qu'à pas ou peu de changement dans les propriétés moléculaires des gels (structure secondaire des protéines) ou dans leurs propriétés microstructurales, notamment dans la valeur prise par la dimension fractale des flocs composant les gels. Il apparaît donc que la réticulation des globulines de soya conduirait à l'obtention de systèmes aux propriétés macroscopiques modulables mais aux propriétés microscopiques inchangées. Des études de dissolution in vitro ont montré que le degré de réticulation des gels influait sur leurs propriétés de libération. Toutefois, un effet majeur de la charge ionique des molécules piégées au sein du gel ainsi que des conditions physico-chimiques (pH, présence d'enzymes) a été démontré. Par conséquent, si le degré de réticulation des gels ne montre qu'une faible influence sur les phénomènes de libération, les propriétés ioniques de la molécule à libérer et des protéines constituant le gel semblent avoir une importance capitale.

Ce travail visait à exploiter le potentiel des protéines de soya afin de concevoir et de développer des biomatériaux sous forme de biofilms aux propriétés physico-chimiques, et surtout biologiques, contrôlées. Pour ce faire, des films à base d'isolats de protéines de soya (IPS) ont été préparés à l'aide de plastifiant, le glycérol, et de différentes concentrations d'agent de réticulation, le formaldéhyde, afin d'obtenir un biomatériau favorable pour la culture de cellules cutanées (fibroblastes et kératinocytes) humaines. La toxicité des films a été testée en évaluant l'adhésion, la croissance, la prolifération et la formation d'une structure cutanée bien organisée. La biocompatibilité et l'immunogénicité des biofilms ont été étudiées grâce aux analyses de cytokines produites par les fibroblastes et les kératinocytes. Les diverses observations microscopiques ont démontré l'innocuité de tous les biofilms vis-à-vis des kératinocytes qui ont adhères. Ces biofilms n'ont aucun effet nocif sur la viabilité cellulaire. Il est intéressant de noter que ces cellules ont une prolifération croissante malgré l'augmentation de la concentration en réticulant. La prolifération des cellules cutanées est, cependant, réduite à fort pourcentage de formaldéhyde. En effet, celles-ci prolifèrent mieux sur les biofilms contenant 0 %, 1 % et 2 % de formaldéhyde comparativement à ceux contenant 3 % d'agent de réticulation. En conclusion, les biofilms à base de protéines de soya offrent un environnement favorable à l'adhésion et la croissance des kératinocytes. Les biofilms ayant le meilleur potentiel sont ceux contenant une concentration de 1 % de formaldéhyde.

L'objectif de cette étude était de déterminer l'effet d'une supplémentation de soya extrude dans la ration de vaches de boucherie allaitantes au pâturage sur la concentration en acides linoléiques conjugués (ALC) du gras du lait des vaches et du tissu adipeux sous-cutané des veaux. Trente-deux couples vache-veau ont été séparés en deux groupes de manière à retrouver huit veaux de chaque sexe par groupe. À partir de l'entrée des animaux au pâturage en juin, les vaches ont reçu 2 kg/j de soya (fève entière); cru et moulu (SC) pour le groupe témoin, et extrudé (SE) pour l'autre. Au sevrage, en octobre, la teneur en ALC du gras du lait a atteint 15,4 et 24,2 mg/g d'acides gras chez les vaches recevant respectivement du SC et du SE (P = 0,02). Les teneurs en ALC du tissu adipeux sous-cutané ont été de 16,9 et de 25,0 mg/g d'acides gras pour les veaux dont les mères recevaient respectivement du SC ou du SE (P < 0,01).

Les protéines extraites des végétaux sont des matériaux relativement peu coûteux, non toxiques, biocompatibles et biodégradables. Elles représentent une bonne alternative aux protéines d’origine animale et aux polymères dérivés du pétrole. Dans le cadre de cette étude, les protéines extraites de graines de soja et de tournesol ont été utilisées en tant que matériaux enrobants pour la microencapsulation de la matière active hydrophobe (α-tocophérol) ou hydrophile (acide ascorbique) par le procédé d’atomisation. Les protéines de soja sont largement utilisées dans les applications alimentaires et non-alimentaires, notamment en microencapsulation. Elles sont donc étudiées dans ce travail comme matériau enrobant de référence. Les protéines de tournesol n’ont quant à elles pas d’application industrielle concrète, si ce n’est sous la forme de tourteaux dans l’alimentation animale. C’est pourquoi il nous semble pertinent de trouver des nouvelles voies de valorisation pour ce coproduit d’origine agricole. Plusieurs modifications des protéines, telles que l’hydrolyse enzymatique, l’acylation, la réticulation enzymatique et la cationisation ont été étudiées dans le but d’améliorer les propriétés encapsulantes du matériau enrobant. Dans le contexte de la chimie verte, toutes les modifications ont été effectuées sans utilisation de solvants organiques ni de catalyseurs chimiques. L’influence des modifications chimiques et enzymatiques des protéines, et des paramètres du procédé (pression d’homogénéisation, ratio matériau enrobant/matière active et concentration en protéines) sur les différentes caractéristiques des préparations liquides et des microparticules (viscosité, taille des gouttelettes dans le cas des émulsions, morphologie et taille des microparticules), ainsi que sur les paramètres liés au procédé d’atomisation (rendement et efficacité de microencapsulation) a été particulièrement étudiée au cours de ce travail. Les résultats obtenus confirment que l’extrait protéique de tournesol est tout à fait pertinent comme matériau enrobant et permet d’obtenir des efficacités de microencapsulation significativement plus élevées par rapport à celles obtenues avec l’extrait protéique de soja. / Proteins extracted from vegetables are relatively low-cost, non-toxic, biocompatible and biodegradable raw materials. They represent a good alternative to animal-based proteins and petroleum-extracted polymers. In this study, proteins derived from soybean and sunflower seeds were used as wall materials for microencapsulation of hydrophobic (-tocopherol) or hydrophilic (ascorbic acid) active material by spray-drying technique. Soybean proteins are widely used in food and non-food applications, especially in microencapsulation. They were studied in this work as wall material of reference. Sunflower proteins are not actually used in industrial application, but only in the form of oil-cake for animal feeding. That’s why new ways of valorization of this agricultural by-product should be investigated. Several proteins’ modifications such as enzymatic hydrolysis, acylation, cross-linking and cationization were studied in order to improve encapsulating properties of wall material. In the context of green chemistry, all the modifications and preparations were performed without use of organic solvents and chemical catalysts. The effect of protein chemical and enzymatic modifications, and process parameters (homogenization pressure, wall/core ratio and protein concentration) on different characteristics of liquid preparations and microparticles (viscosity, emulsion droplet size, microparticle size and morphology) and on parameters related to the spray-drying process (yield and efficiency of microencapsulation) was particularly investigated in this study. The obtained results confirmed that sunflower proteins are quite suitable as encapsulating agent and provide the microencapsulation efficiencies significantly higher compared to those obtained with soy proteins.

Les protéines isolées végétales sont une source renouvelable de matière première, disponible en grande quantité. Malgré des propriétés mécaniques faibles par rapport aux polymères traditionnels, elles possèdent d’autres spécificités intéressantes comme leur biodégradabilité, leur filmabilité et leur absence de toxicité. Cette étude s’est focalisée sur l’influence du procédé d’élaboration, la compatibilité et l’ajout de nanocharges sur les propriétés de mélanges poly(butylène succinate - co - adipate)/protéines de soja isolées plastifiées (PBSA/PISP). Dans un premier temps, les protéines de soja sont plastifiées et mélangées au poly(butylène succinate - co - adipate), dans des proportions différentes et extrudées simultanément en une étape d’extrusion. Ensuite, l’effet de l’ajout du poly(2-éthyl-oxazoline) comme compatibilisant a été étudié. L’addition de ce compatibilisant permet d’améliorer l’interface et les propriétés thermiques. En outre, l’addition de nanotubes d’halloysite permet d’améliorer certaines propriétés mécaniques et thermiques. Enfin dans le cas de films préparés avec une composition PBSA/PISP égale (50/50), le compatibilisant améliore les propriétés optiques, tandis que l’ajout des nanotubes d’halloysite améliore les propriétés de barrière à la vapeur d’eau et retarde la dégradation du film enfoui dans un sol. L’ensemble des résultats donne de premières indications sur l’usage potentiel de ces films dans le domaine de l’emballage et éventuellement dans le biomédical. / Vegetable isolated proteins are a renewable source of raw material, available in the large quantities. In spite of weak mechanical properties compared with the traditional polymers, they possess other important characteristics such as biodegradability, filmability and they are non-toxic. This study investigated the effect of processing type, compatibilization and addition of nanofillers on the properties of poly(butylene succinate-co-adipate)/plasticized isolated soy protein blends (PBSA/PISP). Initially, plasticizing and blending of soy protein with poly (butylene succinate-co-adipate) at various composition were carried out simultaneously in a single step extrusion. Then, the effect of adding poly(2-ethyl oxazoline) as compatibilizer has been studied. Addition of compatibilizer improves the interface and thermal properties of the blends. Besides, addition of halloysite nanotubes improves some mechanical and thermal properties. Finally, in the case of blend films prepared with equal PBSA/PISP composition (50/50), the compatibilizer increases the optical properties whereas addition of halloysite nanotubes improves the water vapour barrier properties and delay the degradation of blends as tested by soil buriel test. The overall results gives preliminary insights into potential usage of these films in packaging and possibly in biomedical sector.

Dans le domaine pharmaceutique, la voie orale demeure la voie d’administration de prédilection, car plus simple et mieux acceptée par les patients. Cependant, ce mode d’administration pose problème pour de nombreux principes actifs (PA) présentant une faible solubilité, une faible perméabilité et/ou une instabilité dans l’environnement gastro-intestinal. Leur micro-encapsulation dans des matrices polymériques peut permettre d’y répondre, notamment si les microparticules générées résistent aux environnements rencontrés lors du tractus gastro-intestinal et jouent alors un rôle protecteur, tant pour le principe actif que pour les muqueuses rencontrées. La recherche de nouveaux excipients, issus des agro-ressources tels que les polymères naturels, est en plein essor. Les protéines végétales, grâce à leurs propriétés fonctionnelles telles qu’une bonne solubilité, une viscosité relativement basse, et des propriétés émulsifiantes et filmogènes, représentent des candidats privilégiés. De plus, la grande diversité de leurs groupements fonctionnels permet d’envisager des modifications chimiques ou enzymatiques variées. L’objectif de ce travail était d’étudier l’intérêt de la protéine de soja en tant que matériau enrobant de principes actifs pharmaceutiques destinés à la voie orale, et plus particulièrement en tant que candidat pour l’élaboration de formes gastro-résistantes. Un isolat protéique de soja (SPI) été utilisé comme matière enrobante et l’atomisation comme procédé. L’ibuprofène, anti-inflammatoire non stéroïdien, a été choisi comme molécule modèle du fait de sa faible solubilité nécessitant une amélioration de sa biodisponibilité, et de ses effets indésirables gastriques nécessitant une mise en forme entérique. Deux modifications chimiques des protéines (l’acylation et la succinylation) ont été étudiées dans le but de modifier la solubilité de la protéine de soja. Ces modifications ont été effectuées dans le respect des principes de la Chimie Verte, notamment en absence de solvant organique. Les microcapsules obtenues par atomisation ont été caractérisées en termes de taux et efficacité d'encapsulation, morphologie et distribution de tailles des particules, état physique du PA encapsulé et capacité de libération en milieu gastrique et intestinal simulé. Les résultats obtenus ont permis de valider l’intérêt des modifications chimiques de la protéine de soja pour moduler les cinétiques de libération d’actif. Les modifications chimiques sont apparues particulièrement adaptées pour l’encapsulation de principes actifs hydrophobes, et ont permis de l’obtention de cinétiques de libération d’ibuprofène ralenties à pH acide (gastrique). La dernière partie de ce travail a permis de valider cette dernière hypothèse par la réalisation de formes gastro-résistantes sur le modèle des comprimés MUPS (multiple unit pellet system). Les résultats de ce travail exploratoire démontrent que les protéines de soja, associées à un procédé de mise en forme multi-particulaire couplé à de la compression directe, peuvent constituer une alternative biosourcée, respectueuse de l’environnement (manipulation en solvant aqueux, temps de séchage et étapes de compression réduits) et sûre à l’enrobage utilisé dans les formes gastro-résistantes traditionnelles. / In the pharmaceutical field, the oral route remains the preferred route of administration because it is simpler and better accepted by patients. However, this mode of administration is problematic for many active pharmaceutical ingredients (API) with low solubility, low permeability and/or instability in the gastrointestinal environment. Their microencapsulation in polymeric matrices can make them able to respond to these factors, especially if the microparticles generated resist the environments encountered during the gastrointestinal tract and then play a protective role, both for the API and for the mucous membranes encountered. The search for new excipients, from agroresources such as natural polymers, is booming. Vegetable proteins, thanks to their functional properties such as good solubility, relatively low viscosity, and emulsifying and film-forming properties, are preferred candidates. In addition, the great diversity of their functional groups makes it possible to envisage various chemical or enzymatic modifications. The aim of this work was to study the interest of soy protein as a coating material for API intended for the oral route, and more particularly as a candidate for the development of gastro-resistant forms. A soy protein isolate (SPI) was used as a coating material and the atomization as a process. Ibuprofen, a nonsteroidal anti-inflammatory drug, was chosen as a model molecule because of its low solubility requiring an improvement in its bioavailability, and its gastric side effects requiring an enteric shaping. Two chemical modifications of proteins (acylation and succinylation) have been studied in order to modify the solubility of the soy protein. These modifications were carried out in accordance with the principles of Green Chemistry, especially in the absence of organic solvent. The microcapsules obtained by spray-drying were characterized in terms of rate and encapsulation efficiency, morphology and size distribution of the particles, physical state of the encapsulated API and capacity of release in simulated gastric and intestinal medium. The results obtained validated the interest of the chemical modifications of the soy protein to modulate the release kinetics of API. The chemical modifications appeared particularly suitable for the encapsulation of hydrophobic active ingredients, and allowed to obtain ibuprofen release kinetics decreased to acidic pH (gastric). The last part of this work allowed to validate this last hypothesis by the realization of gastro-resistant forms on the model of MUPS tablets (multiple unit pellet system). The results of this exploratory work demonstrate that soy protein, combined with a multiparticle shaping process coupled with direct compression, can be a biosourced, environmentally friendly alternative (aqueous solvent handling, drying and compression steps reduced) and confident to the coating used in traditional gastroresistant forms.