Selon la FAO, 2 milliards de personnes souffrent de la « faim cachée » qui correspond aux carences en micronutriments incluant la carence en vitamine A, principale cause de cécité dans le monde. Par ailleurs, une alimentation excédentaire est source de stress oxydant pour le corps, facteur de risque de nombreuses maladies non transmissibles comme le diabète et les maladies cardiovasculaires. Contenus dans les produits végétaux, certains caroténoïdes représentent une source indirecte de vitamine A et pourraient participer aux effets bénéfiques de la consommation de fruits et légumes via des propriétés antioxydantes. Dans cette thèse, le comportement in vitro des caroténoïdes et rétinoïdes pendant la digestion a été étudié, depuis leur libération de la matrice alimentaire jusqu'à leurs interactions avec les cellules intestinales. Mes recherches s'articulent autour de la micellisation : processus clé de l'absorption des caroténoïdes et rétinoïdes. Dans un premier temps, la stabilité et la bioaccessibilité en digestion in vitro de ces composés purs ont été comparées à celles de leurs homologues issus d'un jus de carotte, d'épinards crus et cuits et d'une farine fortifiée. Dans un deuxième temps, un nouveau modèle d'oxydation de nano-émulsions intestinales à base de sels biliaires (SB) a été développé. Les relations entre structure des micelles mixtes, réactivité à l'oxydation et protection par des antioxydants ont été étudiées grâce notamment au suivi de la dégradation des acides gras. Enfin, des expériences préliminaires ont été menées sur la réactivité enzymatique de cellules coliques (Caco-2) à divers oxydants et aux micelles mixtes. Pendant la digestion in vitro, le β-carotène et palmitate de rétinyl purs étaient particulièrement instables contrairement à la lutéine et à l'acétate de rétinyl. De plus, la matrice alimentaire protège ces composés et favorise leur bioaccessibilité surtout lorsqu'elle est broyée ou cuite. En effet, les prétraitements ont un impact conséquent sur la libération des caroténoïdes et doivent être considérés comme des moyens sérieux pour optimiser les apports. Les nano-émulsions intestinales mises au point se composaient de micelles mixtes sphériques ou cylindriques, ces dernières étant les moins résistantes à l'oxydation. En effet, la distribution des molécules de SB doit être différente selon la morphologie de la micelle, impactant ainsi leur réactivité. Dans nos conditions expérimentales, l'AAPH fut le seul oxydant efficace. L'α-tocophérol et la lutéine ont significativement ralenti la dégradation des acides gras contrairement au β-carotène. Leur place au sein de la micelle (cœur ou bordure) pourrait expliquer ces observations. Enfin, aucun des oxydants testés n'a significativement modifié l'activité catalase des cellules Caco-2. En revanche, la mise en contact avec les micelles à base de SB ont significativement diminué l'activité des 3 enzymes suivies. L'effet était positivement corrélé à la concentration en SB dont la conjugaison fut un élément déterminant. Finalement, le β-carotène, la lutéine, et l'acétate de rétinyl présents dans ces micelles ont en partie rétabli l'activité de la catalase contrairement au rétinol, palmitate de rétinyl et à l'α-tocophérol. / According to the FAO, two billions of people suffer from the « hidden hunger » which corresponds to micronutrient deficiencies and includes the vitamin A deficiency, principal cause of blindness throughout the world. Besides, an excessive food consumption entails an oxidative stress for the organism which increases the risk to develop non communicable diseases such as diabetes and cardiovascular diseases. Present in numerous fruits and vegetables, some carotenoids are an indirect source of vitamin A and could also contribute to the health benefits of the consumption of fruits and vegetables via antioxidant properties. In this thesis, in vitro behaviour of carotenoids and retinoids during in vitro digestion (IVD) has been studied, from their release from dietary matrices to their interactions with intestinal cells. My research is structured around micellisation: key process of carotenoid and retinoid absorption. First, stability and bioaccessibility during IVD of these pure compounds have been compared with those of their homologues from carrot juice, raw and cooked spinach and fortified flour. Second, a new model of oxidation of intestinal bile salt (BS)-based nanoemulsions has been developed. Relations between mixed micelles structure, reactivity to oxidation and protection by antioxidants have been studied using fatty acid degradation monitoring. Finally, preliminary experiment were carried out on enzymatic reactivity of colon cells (Caco-2) to various oxidants and mixed micelles. During IVD, pure β-carotene and retinyl palmitate were particularly unstable conversely with lutein and retinyl acetate. Moreover, the dietary matrix protected these compounds and favoured their bioaccessibility especially when it was grounded or cooked. Indeed, pre-treatment have a significant impact on carotenoid release and should be considered as serious means to optimize intake. Developed intestinal nanoemulsions constituted of spherical or cylindrical micelles, the latter being less resistant to oxidation. Distribution of BS molecules is likely to differ according to the micelle morphology, thereby influencing their reactivity. In our experimental conditions, AAPH only was efficient as oxidant. Lutein and α-tocopherol significantly slowed fatty acid degradation, conversely with β-carotene. Their location within the micelle (core or border) could explain these observations. Besides, none of the tested oxidant significantly modified the catalase activity of Caco-2 cells. However, the contact with BS-based nanoemulsions significantly decreased the activity of the three tested enzymes. This effect was positively correlated with BS concentration whose conjugation revealed determining. Finally, β-carotene, lutein and retinyl acetate in micelles partly re-established catalase activity, conversely with retinol, retinyl palmitate and α-tocopherol. To conclude, IVD is an easy tool which allows independent comparisons of several parameters on micronutrient behaviour during digestion. Furthermore, the confrontation of different matrices may help to develop relevant strategies against vitamin A deficiency. Proposed nanoemulsions displayed various physical and chemical characteristics, thereby influencing their reactivity to oxidation. The antioxidant capacity of lutein and α-tocopherol could be observed in this new model. Lastly, the preliminary results on Caco-2 cells revealed some interesting interactions between micellised BS and antioxidant enzymes. Numerous questions arose that could not be addressed in this work but open perspectives for the future.

Dans un contexte où les carences en micronutriments constituent un problème majeur de santé publique touchant particulièrement les jeunes enfants, l'étude de la rétention et de la biodisponibilité du fer et du zinc dans les plats les plus fréquemment consommés peut constituer une stratégie de lutte contre les carences en ces minéraux. Une enquête de consommation alimentaire par pesées auprès de 630 enfants de 6 à 36 mois au Burkina Faso a permis de dégager les principales caractéristiques de l'alimentation de complément des jeunes enfants. Les résultats mettent en évidence une couverture des apports recommandés en fer et en zinc très faible, des apports élevés en fibres et en phytates. Le jour de l'enquête, plus de 90% des enfants avaient consommé du mil, du sorgho ou du maïs, essentiellement sous forme de tô, une pâte très consistante, de bouillie ou de galettes. Des suivis de préparation de ces plats dans les ménages ont permis d'identifier les principales opérations unitaires susceptibles d'avoir un effet sur les teneurs en fer et en zinc et leur biodisponibilité. Le décorticage traditionnel, manuel ou mécanique, entraine d'importantes pertes en fer (50% dans le mil pour 10% de perte de MS) et en zinc (23% dans le sorgho pour 7% de perte de MS). Les variétés biofortifiées présentent un comportement similaire, mais permettent tout de même une amélioration significative du rapport molaire phytate/zinc. La mouture, lorsqu'elle est réalisée à l'aide d'un moulin à meules, entraine une contamination en fer, allant jusqu'à tripler la teneur en fer initiale des grains. Mais la bioaccessibilité de ce fer est extrêmement faible. L'acceptabilité des variétés de mil biofortifiées, testées sur différents plats, reste inférieure à celle de la variété locale. L'amélioration des procédés combinée à l'utilisation de variétés biofortifiées pourrait être promue afin de contribuer à la lutte contre les carences en fer et zinc. / In contexts where micronutrient deficiencies are a major public health concern, the improvement of the retention and bioavailability of iron and zinc in dishes frequently consumed by young children could be part of a food-based strategy to combat these deficiencies. A food consumption survey using weighing records was carried out on 630 children from 6 to 36 months in Burkina Faso. This permitted to highlight the main characteristics of the children diet. Iron and zinc intakes were far below the recommended intakes. High fibre and phytate intakes were also observed. More than 90% of the young children consumed millet, sorghum or maize in the day of the survey. A detailed monitoring of the traditional processing of the cereal dishes permitted the identification of the main unit operations that could have an effect on iron and zinc content and bioavailability. Important losses in iron content (50% in millet for 10% DM loss) and zinc (23% in sorghum for 7% DM loss) were observed after traditional dehulling, either manual or mechanical. Biofortified varieties showed similar behaviour but their phytate/zinc molar ratio was still improved. During milling in local mill with grindstones, iron contamination occurred, and tripled the initial iron content. But the bioaccessibility of this contaminant iron was very low. The acceptability of the biofortified varieties of millet, tested on various dishes, was lower than that of the local variety. The improvement of the processing methods combined with the use of biofortified varieties could be advantageously promoted to contribute to alleviate iron and zinc deficiencies.

Les caroténoïdes sont une famille de molécules lipidiques que l’on trouve en particulier dans les végétaux, et qui ont pour caractéristique visuelle d’être colorés, du jaune au rouge. Ils ont été identifiés comme nutritionnellement actifs par des études épidémiologiques. Afin de pouvoir jouer un rôle dans l’organisme les caroténoïdes doivent être absorbés. Pour ce faire ils doivent être libérés de la matrice alimentaire afin de passer après plusieurs étapes dans la circulation sanguine. Or les caroténoïdes des végétaux sont connus pour être peu biodisponible. Cette biodisponibilité augmente après transformation. L’objectif de ce travail est donc de comprendre l’effet des procédés de fabrication sur la bioaccessibilité, en développant un outil simple permettant aux industriels de l’évaluer facilement. Le lycopène de la tomate a été choisi comme molécule d’intérêt. Dans un premier temps, une méthode d’étude de la diffusion du lycopène entre la matrice végétale et la phase lipidique du bolus alimentaire est mise en place. En utilisant cette méthode avec un large extrait d’huile, seulement 31%±1% du lycopène à put être extrait du jus de tomate vers la phase huile. Avec des ratio faible (entre 0.11 et 1) huile/tomate, l’extraction du lycopène est limitée par la saturation de l’huile. La diffusion du lycopène ne varie pas significativement avec le pH mais va augmenter lorsque la température varie de 10 °C à 37 °C. A partir de ces résultats sont calculés les facteurs de partition du lycopène dans l’huile ainsi que sa diffusivité.Dans un deuxième temps, des échantillons contrastés à base de tomates sont réalisés par l’utilisation des procédés Hot Break (HB) et Cold Break (CB) afin de vérifier l’impact des procédés de transformation sur les propriétés de diffusion du lycopène. Enfin, le test de diffusion a été appliqué à différentes matrices, produits commerciaux, ou frais transformés en laboratoire afin de vérifier son aptitude à les classifier. Ce travail à permis de construire les bases d’un modèle de diffusion du lycopène prenant en compte la première étape de son ingestion, la diffusion vers la phase lipidique. Les résultats obtenus pourront être confrontés à des résultats sur d’autre matrice et ainsi permettre l’élaboration d’un modèle de digestion tenant compte des différents paramètres mis en avant au cours de cette étude / Carotenoids are natural fat-soluble pigments synthesized by plants, and especially found in relatively high amounts in numerous fruits and vegetables and which have the visual characteristic of being colored from yellow to red.These compounds were identified as being beneficial to health by epidemiological studies.In order to play a role in body carotenoids have to be absorbed. They must be released from the matrix to pass in the lipid phase of the bolus. Or plant carotenoids are known to have a low bioavailability. The bioavailability increases after transformation. The objective of this work is to understand the effect of manufacturing processes on the bioavailability, developing a simple tool allowing manufacturers to easily evaluate Lycopene tomato was selected as molecule of interest. Therefore we designed a model to evaluate these parameters which can modify carotenoids diffusion. Using this model, even with a large excess of oil, only 31%±1% of lycopene could be extracted from tomato juice to the oil phase. At low (between 0,11 and 1) oil/tomato ratio, extraction of lycopene was limited by saturation of the oil phase. The lycopene diffusion did not vary significantly with pH but it doubled when temperature rose from 10 °C to 37 °C. From these results are calculated factors partition of lycopene in oil and its diffusivity. Secondly, contrasting tomato samples were carried out by using the two industrials methods Hot Break (HB) and Cold Break (CB) in order to verify the effect of processing methods on the diffusion properties of lycopene. Finally, the diffusion test was applied to different matrix, commercial products, or fresh products processed in the laboratory to verify its ability to classifier them. This work gave stable and repeatable results and may be used for a reliable and quick evaluation of the impact of process on food matrix, which could enhance the carotenoid bioavailability. It is also a powerful tool to study the physico-chemical parameters that may affect this bioaccessibility. Results obtained may be used to develop a new model of digestion witch used various parameters highlighted during this study

La valorisation des déchets par digestion anaérobie conduit à la production d’un résidu, appelé digestat, qui est composé de la matière organique non biodégradée et présente une forte teneur en azote ammoniacal et organique. De par cette richesse en azote, les digestats présentent un intérêt grandissant pour la substitution aux engrais minéraux. L’objectif de cette thèse est de comprendre les transformations de l’azote en digestion anaérobie afin de prédire la qualité azotée des digestats. Cette compréhension des processus de transformation de l’azote ouvrira la possibilité de dimensionner et piloter le procédé de digestion anaérobie pour une substitution optimisée des engrais minéraux par les digestats. Pour cela, deux approches ont été développées: (i) une approche compréhensive centrée sur la compréhension de la bioaccessibilité de l’azote organique en lien avec sa biodégradabilité, et la compréhension des transformations de l’azote en digestion anaérobie en conditions de laboratoire et pilote; et ; (ii) une approche numérique où les processus identifiés ont été intégrés à des outils de modélisation à bases statistiques et biocinétiques permettant de prédire les propriétés azotées des digestats en fonction des cocktails de substrats et du temps de séjour dans le digesteur. / Energetic recovery of waste by anaerobic digestion leads to the production of a residue called digestate, which is composed of non-biodegraded organic matter and has a high content of ammoniacal and organic nitrogen. Due to this high nitrogen content, digestates are growing interest for the substitution of mineral fertilizers. The objective of this thesis is to understand the transformations of nitrogen that occur during anaerobic digestion in order to predict the nitrogen quality of digestates. This understanding of nitrogen transformation processes will allows the design and management of anaerobic digestion plants aiming at the optimization of the substitution of mineral fertilizers by digestates. To this end, two approaches were used in this work: (i) an experiment approach focused on the understanding of the bioaccessibility of organic nitrogen in relation to its biodegradability, and the understanding of the transformations of nitrogen in anaerobic digestion under laboratory and pilot conditions; and; (ii) a numerical approach where previously developed knowledge has been integrated in statistical and biokinetic modeling tools to predict the nitrogen properties of digestates according to substrate cocktails and residence time in the digester.

Les vitamines D et K sont des micronutriments liposolubles qui participent au bon fonctionnement de l’organisme. Elles jouent des rôles clés dans la prévention de trouble de l'hémostase et de la coagulation, des pathologies osseuses, métaboliques et cardiovasculaires. Cependant, même si ces vitamines sont apportées en quantités suffisantes par notre alimentation, leurs effets bénéfiques sont étroitement conditionnés par leur biodisponibilité. Or, mieux connaitre les mécanismes d’absorption permettrait d’appréhender leur biodisponibilité. Nous avons tout d’abord montré que l’absorption de la vitamine K implique des transporteurs du cholestérol, SR-B1 et CD36. Nous avons également montré que l’entérocyte est non seulement capable d’effluer les vitamines D et K néo-absorbées mais également d’excréter ces vitamines du compartiment sanguin vers la lumière intestinale. Ce phénomène bien connu pour le cholestérol (excrétion transintestinale du cholestérol) implique des transporteurs communs, dont ABCB1 et ABCG5/G8. Dans un second temps, dans le cadre de la relance de la consommation des légumineuses, nous avons mis en évidence que la présence de légumineuses dans un repas limite la biodisponibilité de ces vitamines. En effet, les fibres, phytates, saponines et tanins diminuent leur bioaccessibilité et/ou leur captage. La méthode de cuisson des légumineuses, en affectant leur composition nutritionnelle, peut moduler l’incorporation des vitamines D et K au sein des micelles mixtes et donc affecter leur biodisponibilité. Ces données soulignent ainsi le fait que les légumineuses doivent être cuites de manière appropriée et consommés dans des repas riches en micronutriments. / Vitamin D and K are fat-soluble micronutrients that participate to the proper functioning of the organism. They are essential to prevent bleeding, bone, metabolic and cardiovascular disorders. However, even if those vitamins are provided in sufficient quantities in our diet, their health effects are closely linked to their bioavailability. A better knowledge of their absorption mechanisms would help to optimize their bioavailability.Firstly, we showed that vitamin K absorption involves the cholesterol transporters SR-B1 and CD36. We also showed that enterocytes can not only efflux newly absorbed vitamins D and K but also excrete vitamin D and K from the blood compartment to the intestinal lumen. This phenomenon of transintestinal excretioninvolves the cholesterol membrane transporters ABCB1 and ABCG5/G8.Secondly, we showed that the presence of pulses within a meal limits vitamin D and K bioavailability. Indeed, fibers, phytates, saponins and tannins can decrease bioaccessibility and/or uptake of vitamin K. By modulating the nutritional profile of pulses, the cooking method can impact on fat-soluble vitamin transfer to mixed micelles, and in turn affect their bioavailability. These data suggest that pulses must be cooked in an appropriate manner and consumed in micronutrient-rich meals.Keywords: vitamin D, vitamin K, bioaccessibility, intestinal absorption, pulses.

Les études épidémiologiques récentes montrent une consommation insuffisante d’acides gras polyinsaturés (AGPI) dans les pays occidentaux. Cependant, la sensibilité des AGPI à l’oxydation est l’une des premières causes de détérioration des qualités organoleptique et nutritionnelle dans les produits alimentaires. Parallèlement, les lipides présents dans les produits alimentaires se trouvent le plus souvent sous forme émulsionnée. Ainsi, les entreprises désirant formuler des produits alimentaires enrichis en AGPI adoptent des stratégies technologiques pour les stabiliser chimiquement et physiquement, tout en assurant leur biodisponibilité. Une de ces stratégie consiste à rechercher, dans la nature, des systèmes émulsifiés stables afin d’en extraire des molécules tensioactives d’intérêt et de mimer l’organisation des lipides. C’est dans ce contexte que des études portent, depuis quelques années, sur les corps lipidiques (Oil Bodies, OB), structures végétales naturelles de stockage des lipides des plantes oléagineuses, composées de phospholipides (PL) et de protéines (OBP).L’objectif général de ce projet de thèse vise à maitriser la formulation d’émulsions préparées uniquement à base de colza (huile, PL et OBP) par une meilleure connaissance des interactions PL : OBP, d’étudier la stabilité des émulsions d’un point de vue physicochimique en conditions de stockage et dans des conditions mimant les conditions gastro-intestinales et, enfin, d’évaluer l’influence de la composition de l’interface des émulsions sur la bioaccessibilité des acides gras insaturés in vivo chez le rat.Les études spectroscopiques des interactions PL modèles : OBP ont mis en évidence des interactions favorables à la stabilisation des émulsions entre les PL anioniques, les PL insaturés et les OBP. Ces résultats ont orienté le choix vers une lécithine de colza spécifique. Les interactions PL : OBP, modulées par le pH et le rapport PL : OBP, influencent la réalisation des émulsions, la quantité d’OBP adsorbées à l’interface et la stabilité physique des émulsions, avec un crémage prononcé pour les émulsions riches en protéines. La synergie PL : OBP à l’interface semble être un facteur décisif pour ralentir l’oxydation de l’huile de colza émulsifiée. Le comportement des émulsions, dans des conditions mimant celles du milieu gastro-intestinal, montre que la présence d’OBP à l’interface favorise la floculation des émulsions à pH acide (mimant celui de l’estomac), mais que cette floculation est réversible lorsque le pH est ramené à des valeurs proches de celle de l’intestin. La présence des OBP favorise l’activité de la lipase pancréatique in vitro. Finalement, l’interface composée de PL et d’OBP améliore la bioaccessibilité lymphatique des AGPI in vivo chez le rat.En conclusion, nous avons montré qu’il est possible de formuler des émulsions uniquement à base de colza. Elles pourraient présenter une alternative intéressante aux émulsions stabilisées par des émulsifiants d’origine synthétique (politique clean label) ou d’origine animale (alimentation végane). / Recent epidemiologic studies show an insufficient intake of polyunsaturated fatty acids (PUFA) in occidental countries. Besides, the sensibility of PUFA to oxidation is one of the major causes of organoleptic and nutritional quality deterioration in food products. Moreover, lipids in food products are often in an emulsified stage. Therefore, industrials that care to formulate PUFA enriched food products adopt technological strategies to protect and stabilize the lipids while improving their bioavailability. One of those strategies consists in looking for stable emulsified systems that already exist in nature, extract tensioactive molecules of interest and mimic the lipid state. In this context, several studies deal with oil bodies (OB), that are natural occurring structures for lipid storage in oleaginous plants, composed of proteins (OBP) and phospholipids (PL).Therefore, the main objective of this PhD work is to manage emulsion formulation only based on canola (oil, PL and OBP). This goes through: 1) an understanding of the interactions between PL and OBP; 2) a study of the stability of the emulsions under storage and gastrointestinal conditions, and finally, 3) an investigation of the influence of the emulsion interfacial composition on the bioavailability of PUFA in rats.The spectroscopic studies of the model PL:OBP interactions showed favorable interactions for stabilizing the emulsions based on anionic PL, unsaturated PL and OBP. These results allowed choosing an adequate canola lecithin. The PL:OBP interactions, modulated by the pH and the PL:OB ratio, influences the formation of the emulsions, the quantity of OBP adsorbed at the interface and the physical stability of emulsions with a pronounced creaming in emulsions rich in proteins. The PL:OBP synergy at the interface seems to be a decisive factor to slow down the oxidation of the emulsified canola oil. The emulsion behavior in conditions that mimic that of the gastrointestinal track, shows that the presence of OBP at the interface favored the emulsion flocculation at acid pH (mimicking that of the stomach). However, the flocculation was reversible when the pH was adjusted to a value close to that of the intestine. OBP also increased the activity of the pancreatic lipase in vitro. Finally, the presence of PL and OBP at the interface increased the lymphatic bioaccessibility of the PUFA in rats.On the whole, we showed that it is possible to manage emulsion formulation only based on canola products. This could be of peculiar interest for clean labeling or vegan nutrition by subtracting synthetic emulsifiers or emulsifiers from animal origin, respectively.

Les caroténoïdes sont une famille de molécules lipidiques que l'on trouve en particulier dans les végétaux, et qui ont pour caractéristique visuelle d'être colorés, du jaune au rouge. Ils ont été identifiés comme nutritionnellement actifs par des études épidémiologiques. Afin de pouvoir jouer un rôle dans l'organisme les caroténoïdes doivent être absorbés. Pour ce faire ils doivent être libérés de la matrice alimentaire afin de passer après plusieurs étapes dans la circulation sanguine. Or les caroténoïdes des végétaux sont connus pour être peu biodisponible. Cette biodisponibilité augmente après transformation. L'objectif de ce travail est donc de comprendre l'effet des procédés de fabrication sur la bioaccessibilité, en développant un outil simple permettant aux industriels de l'évaluer facilement. Le lycopène de la tomate a été choisi comme molécule d'intérêt. Dans un premier temps, une méthode d'étude de la diffusion du lycopène entre la matrice végétale et la phase lipidique du bolus alimentaire est mise en place. En utilisant cette méthode avec un large extrait d'huile, seulement 31%±1% du lycopène à put être extrait du jus de tomate vers la phase huile. Avec des ratio faible (entre 0.11 et 1) huile/tomate, l'extraction du lycopène est limitée par la saturation de l'huile. La diffusion du lycopène ne varie pas significativement avec le pH mais va augmenter lorsque la température varie de 10 °C à 37 °C. A partir de ces résultats sont calculés les facteurs de partition du lycopène dans l'huile ainsi que sa diffusivité.Dans un deuxième temps, des échantillons contrastés à base de tomates sont réalisés par l'utilisation des procédés Hot Break (HB) et Cold Break (CB) afin de vérifier l'impact des procédés de transformation sur les propriétés de diffusion du lycopène. Enfin, le test de diffusion a été appliqué à différentes matrices, produits commerciaux, ou frais transformés en laboratoire afin de vérifier son aptitude à les classifier. Ce travail à permis de construire les bases d'un modèle de diffusion du lycopène prenant en compte la première étape de son ingestion, la diffusion vers la phase lipidique. Les résultats obtenus pourront être confrontés à des résultats sur d'autre matrice et ainsi permettre l'élaboration d'un modèle de digestion tenant compte des différents paramètres mis en avant au cours de cette étude

La carence en vitamine A est un problème de santé publique dans de nombreux pays et elle touche particulièrement les groupes vulnérables. Un régime alimentaire varié permet de lutter durablement contre cette carence. Les fruits et légumes ont un rôle important dans ce contexte. Certains caroténoïdes provitaminiques peuvent participer à la couverture des besoins en vitamine A. Leur faible absorption intestinale et conversion en vitamine A est un facteur limitant. Cette thèse avait pour objectif, tout d’abord, d’identifier les déterminants de la bioaccessibilité des caroténoïdes (β-carotène et lutéine) et de l’α-tocophérol dans 8 légumes feuilles frais consommés en Asie du Sud Est. Le profil nutritionnel de ces aliments, ainsi, que leurs capacités à libérer les micronutriments d’intérêt pendant des digestions in vitro ont été évalués. Des corrélations statistiques ont été recherchées entre les différentes variables pour identifier quels facteurs favorisent ou limitent la bioaccessibilité des composés. Dans un deuxième temps, deux études poussées ont été menées sur les feuilles de moringa et brèdes chouchou afin d’évaluer l’influence des traitements culinaires et procédés de conservation sur la bioaccessibilité des micronutriments lipophiles. Une approche microscopique a été mise en œuvre pour suivre le changement de structure des feuilles à l’échelle cellulaire. Enfin, une méthode de purification et quantification des pectines et tanins ayant diffusés dans les milieux digestifs a été développée afin de voir si ces polymères étaient impliqués dans la modulation de la bioaccessibilité des caroténoïdes et tocophérols selon les variétés. Les légumes feuilles sont composés de trois tissus distincts (épiderme, mésophylle et tissu vasculaire). Les teneurs en pectines des légumes feuilles ont été le seul déterminant identifié dans la faible micellisation des caroténoïdes. L’analyse de la teneur en pectines des milieux digestifs n’a pas permis de confirmer cette hypothèse. Les tanins condensés, quant à eux, auraient un effet protecteur probablement liés à leurs propriétés antioxydantes. Parmi les opérations culinaires, la cuisson à la vapeur est celle qui augmente le plus la bioaccessibilité des caroténoïdes et de l’α-tocophérol des feuilles en déstructurant légèrement les tissus et en induisant peu de reactions de dégradations. En revanche, la friture détruit l’épiderme, ouvre les cellules palissadiques et dégrade les vitamines par réaction à hautes températures. Le séchage doux (60°C) couplé au broyage permet d’obtenir des poudres dont les composés sont libérés plus aisément pendant la digestion ; les cellules sont alors en partie ouvertes par le traitement. En conclusion, les légumes feuilles frais et transformés ont un profil nutritionnel intéressant et les procédés (séchage/broyage, cuisson à la vapeur, stérilisation) améliorent la capacité des aliments à relarguer les micronutriments pendant la digestion. L’ouverture des cellules est un élément important dans la bioaccessibilité des composés mais la composition des légumes elle même influence le devenir digestif (stabilité, micellisation). La stabilisation par abaissement de la teneur en eau et broyage, permet de disposer sur l’année de légumes sous forme de poudre « fonctionnalisée ». Le Moringa a un profil nutritionnel comparable aux autres légumes feuilles à l’exception des composés phénoliques qu’il contient. Diversifier les modes de consommation de légumes sous forme fraiche ou transformée pourrait améliorer le statut nutritionnel des populations. / The vitamin A deficiency is a major public health problem in numerous countries and affects specifically vulnerable groups. A diversified diet allows decreasing the vitamin A deficiency in a sustainable way. Fruits and vegetables have an important role to play in this context. Some of provitamin A carotenoids can fulfil human vitamin A requirements. Their poor intestinal absorption and bioconversion into vitamin A is a limiting factor. This thesis aim at, firstly, identify the key determinants of carotenoid (β-carotene and lutein) and α-tocopherol bioaccessibility in 8 fresh leafy vegetables consumed in South East Asia. Their nutritional profile and capacity to liberate micronutrient throughout in vitro digestion were assessed. Statistical correlations were determined among the variables to identify which factor promotes or impairs the micronutrient bioaccessibility. In a second step, two studies were leaded on chayote and moringa leaves to evaluate the influence of culinary treatments and preservation methods on the compound bioaccessibility. A microscopical approach was used to assess the structural changes of the food at the cellular scale. Finally, a quantification method of pectins and tannins in the digestive medium was developed to highlight their role in the carotenoid micellarisation. Leafy vegetables are constituted of tree distinct tissues (epidermis, mesophylle and vascular bundles). The pectin contents in leafy vegetable were the only key factor statically involved in the carotenoid micellarisation. The analysis of the pectin contents of the digestive medium of leafy vegetable did not confirm this hypothesis. The condensed tannins had rather a protective role probably related to their antioxidant properties. Among the culinary treatments, steaming increased greatly the carotenoid and α-tocopherol bioaccessibility with concomitant tissue disorganization and low degradation reactions. On the contrary, frying destroys the epidermis layer, opens some palissadic cells with a high level of destruction of vitamins with the high temperature used. Drying at moderate temperature (60°C) plus grinding produce powders with high release of compounds during in vitro digestion. In conclusion, fresh and processed vegetables have an interesting nutritional profile and processing (drying/grinding, steaming, sterilization) improves the digestive release of micronutrients. Cell opening is an important factor as well as the biochemical composition of the leaves which determine the digestive behaviour (stability, micellarisation). Stabilisation of leaves by drying and grinding allow delivering functionalised powder during the year. Moringa has a nutritional profile comparable to others leafy vegetables except for its phenolic contents. The consumption of diversified products based on leafy vegetables in fresh or processed state should improve the nutritional status of populations.

Des pollutions des sols (péri)urbains et urbaines fortement peuplées en métaux et metalloïdes persistants (éco)toxiques sont couramment observées à l’échelle globale. Certains éléments (Se, Cu…) ont des rôles biologiques et par contre d’autres (Pb, Cd…) ont uniquement un impact (éco)toxique qui peut être influencé par leur spéciation et compartimentation qui modifient leurs transferts et biodisponibilité. Dans une optique de gestion des sols et d’alimentation durables, des questions scientifiques pluridisciplinaires sont à creuser concernant : (i) les mécanismes en jeu dans la biodisponibilité et l’impact sur les organismes vivants des éléments inorganiques en lien avec leur spéciation ; (ii) la co-gestion des risques environnement-santé induits par des installations industrielles classées : ICPE en France (ex. usine de recyclage de batteries) avec les riverains qui cultivent des potagers ou les employés. Dans ce contexte, ont été étudiés : (i) le transfert des métaux entre phase solide et solution du sol sous l’influence des vers de terre sur un site ICPE; (ii) le transfert et la bioaccessibilité du Se en conditions contrôlées pour 2 formes chimiques; (iii) le risque sanitaire pour les riverains d’un site ICPE qui jardinent, et les facteurs influant les plombémies des professionnels (étude statistique des données). Une review bibliographique de la qualité du manioc en lien avec les pratiques culturales et culinaires et les caractéristiques de l’environnement a finalement été réalisée pour compléter la démarche « Sciences et Société » de la thèse. L’analyse des différents isotopes du plomb dans les sols aux alentours de l’usine de recyclage a permis de conclure que 84 à 100% du plomb des sols de surface est d’origine anthropique. Un comportement d’évitement des zones les plus polluées en plomb a été observé pour l’espèce de vers de terre A. caliginosa. Le transfert racinaire, la translocation du sélénium vers le maïs et sa bioaccessibilité dans le grain sont plus élevés dans le cas du séléniate (facteur de translocation de 1.1, et bioaccessibilité humaine de 89,3%) par rapport au sélénite (0.13, et bioaccessibilité de 82,7%). L’étude de la qualité des cultures des jardins proches de l’usine (à Bazoches), en relation avec la qualité du sol (faible contamination, pH basique et teneur élevée en matières organiques qui réduisent les transferts) et de l’atmosphère a mis en évidence un transfert atmosphère-plante qui dépend du métal (le Cd est le plus biodisponible) et du végétal. Les concentrations en Pb et Cd suivent respectivement les séquences : [laitue>poireau>céleri>carotte] et [laitue>céleri>carotte>poireau]. Pour réduire l’exposition des populations, un lavage soigneux des productions avant la consommation est préconisé.

Le syndrome métabolique (MS), une association des plus dangereux facteurs de risque pour les maladies cardiovasculaires et le diabète de type 2, est devenu l'un des principaux défis cliniques et de santé publique dans le monde. Un nombre croissant d’évidences s’est accumulé au cours de la dernière décennie, démontrant l'efficacité de certains composés bioactifs alimentaires pour le traitement et la prévention du MS. Néanmoins, la plupart des études d'intervention administre les composés bioactifs sous forme de composés purs, sans considérer que l'interaction entre les bioactifs ajoutés et l'ensemble de la matrice alimentaire peut impacter la bioaccessibilité, la biodisponibilité et, par conséquent, l’efficacité de ces molécules bioactives.L'objectif principal de cette thèse, intégrée dans le projet européen PATHWAY-27, était de formuler des aliments enrichis en composés bioactifs potentiellement efficaces contre le MS, et d'étudier l'effet de la matrice alimentaire sur la bioaccessibilité et la biodisponibilité de ces bioactifs. Cette étude a mis l'accent sur l'utilisation des anthocyanes, de l’acide docosahexaénoïque et, dans une moindre mesure, des bêta-glucanes comme ingrédients bioactifs pour enrichir des produits laitiers et des produits à base d'œuf. Une combinaison des modèles de digestion in vitro et in vivo (chez le porc) a été utilisée.La composition et la structure des matrices alimentaires ont impacté la libération et la solubilisation de substances bioactives au cours de la digestion (bioaccessibilité), tel que démontré in vitro et in vivo. La structure de / Metabolic Syndrome (MS), a constellation of the most dangerous cardiovascular disease and type 2 diabetes mellitus risk factors, has become one of the major clinical and public health challenges worldwide. During the last decade, many bioactives have been proposed as effective for the treatment and prevention of MS. However, most intervention studies administer bioactives as pure compounds, without consider that bioactive-food matrix interactions could deeply impact on the bioaccessibility, bioavailability and hence on the effectiveness of bioactives.The main objective of this thesis, included within the European project PATHWAY-27, was to formulate potential effective bioactive-enriched foods against MS and to investigate the effect of the food matrix on the bioaccessibility and bioavailability of dietary bioactives.In particular, this study focused in the use of dairy and egg-based products as matrices and in the addition of anthocyanins, docosahexaenoic acid and, to a lesser extent, beta glucan as bioactives. A combination of in vitro and in vivo (pig) digestion models was used.Both the structure and the composition of the food matrices impacted the release and the solubilisation of bioactives during digestion (bioaccessibility), as demonstrated in vitro and in vivo. In addition, the structure of the food matrix modulated the final amount of DHA into the systemic circulation of pigs (bioavailability). This study proves that understanding how dietary bioactives interact with the matrix in which they are included in is the basis for the production of effective bioact