L'objectif principal de ce travail de thèse étant la préparation de nanovecteurs biocompatibles, nous avons mis au point des systèmes catalytiques exempts de métal pour polymériser les différents monomères préparés dérivés de l’acide diméthylmalique. En présence de ces systèmes catalytiques, la polymérisation anionique par ouverture de cycle (aROP) se déroule de manière contrôlée avec une cinétique plus rapide que celle réalisée en présence d’autres organo-catalyseurs déjà décrit dans la littérature. Nous avons ainsi synthétisé trois homopolymères hydrophobes et deux familles de copolymères di-blocs amphiphiles ayant différentes balances hydrophiles/hydrophobes. Des nanoparticules (NPs) ont été préparées par nanoprécipitation à partir des homopolymères hydrophobes et des copolymères à blocs amphiphiles. La taille des NPs varie entre 30 et 170 nm avec de faibles dispersités (PDI ≤ 0,23) et ayant une très bonne stabilité à 4°C et à 37°C. Des études de cytotoxicité in vitro sur la lignée cellulaire d'hépatome HepaRG ont mis en évidence que toutes les NPs ont une faible toxicité à des concentrations inférieures à 3 μM. En parallèle, une sonde fluorescente, le DiR, a été encapsulée dans les NPs lors de la nanoprécipitation sans affecter les caractéristiques et la stabilité des NPs correspondantes. Enfin, des études in vitro utilisant ces NPs chargées en DiR ont montré que ces dernières étaient effectivement captées par les cellules HepaRG avec différents pourcentages de captation. / The main objective of this PhD thesis being the preparation of biocompatible nanovectors, we have set up metal-free catalytic systems to polymerize various prepared monomers derived from dimethylmalic acid. Using such catalytic systems, the anionic ring opening polymerization (aROP) proceeds in a controlled manner with faster kinetics compared to the organo-catalysts already reported in the literature. Three hydrophobic homopolymers and two families of amphiphilic block copolymers with different hydrophilic/hydrophobic balances have been therefore synthesized. Nanoparticles (NPs) have been prepared by nanoprecipitation of these hydrophobic homopolymers and amphiphilic block copolymers. The size of the NPs ranges from 30 to 170 nm with low dispersity values (PDI ≤ 0.23) and high stability at 4°C and 37°C. In vitro cytotoxicity studies on HepaRG hepatoma cell line have highlighted that all the NPs have low toxicity at concentrations lower than 3μM. In parallel, NPs were loaded with the fluorescent probe DiR without altering the characteristics and the stability of the corresponding DiR loaded NPs. Finally, in vitro studies using NPs loaded with DiR have shown that HepaRG cells effectively uptake the NPs in different percentages of uptake.

Une triple attente socio-économique dans les domaines du développement durable (réduction des matières synthétiques non biodégradables), des solutions naturelles de conservation des aliments (tendance du « clean label » par la protection des denrées par des emballages actifs et intelligents évitant des additifs à outrance dans les aliments) et de la sécurité alimentaire (sécurité microbiologique et traçabilité) est à l’origine du développement de nouveaux matériaux à la fois biodégradables, comestibles et fonctionnalisés. Cette recherche commencée quelques décennies plus tôt est freinée par un mode de production difficilement industrialisable (voie solvant). Cependant, depuis quelques années des procédés applicables à l’échelle industrielle sont développées (voie fondue/extrusion). Dans le travail présenté ici, la technologie d’extrusion bivis a été appliquée avec succès sur différentes matières premières protéiques : la caséine acide, la caséine présure et le caséinate de sodium. Extraites toutes trois du lait de vache, ces caséines montrent des caractéristiques différentes qui affectent les propriétés du matériau (mécaniques, sensibilité aux molécules d’eau). La fonctionnalisation de la matrice par l’ajout d’acides organiques offre un potentiel antimicrobien intéressant contre Escherichia coli. Une complexation supplémentaire du matériau par incorporation de molécules hydrophobes telles que des cires (cires d’abeille, de candelilla et de carnauba) permet d’élargir une fois de plus l’éventail des propriétés disponibles pour ces matériaux composites, comme l’amélioration de la propriété barrière à la vapeur d’eau apportée par la cire d’abeille. La sensibilité aux molécules d’eau de ce type de matériau étant un critère à considérer à chaque étape de développement et de compréhension des interactions inter-ingrédients (protéine, plastifiant, cires, composés antimicrobiens). Ce manuscrit expose le potentiel de développement de matériaux à base de caséine, biodégradables, comestibles et antimicrobiens, qu’il s’agit d’appliquer en emballage agroalimentaire tout comme dans bien d’autres secteurs / Development of innovative biodegradable, edible and functionalized material comes from a triple socio-economic expectation in the field of sustainable development (decrease in synthetic non-biodegradable polymers), of natural solutions for food preservation (trend of “clean label” by food protection through active and smart packaging to avoid over-use of food additives) and of food safety (microbiological safety and traceability). Development in that field, started few decades ago is slowed down by production process (wet process), which is not an easy scale up process. However, a few years ago industrial process technique as extrusion started developing. In the present work, the twin-screw extrusion process was successfully applied to produce polymer based on protein raw material: acid casein, rennet casein and sodium caseinate. Extracted from caw milk, these three caseins own different characteristics, which affect material properties (mechanical, water sensitive properties). Matrix functionalization through organic acid addition bring an interesting antimicrobial response against Escherichia coli. Blending hydrophobic molecules as waxes (beeswax, candelilla wax and carnauba wax) creates a complex composite material which increases the range of available properties as improved water vapor barrier allowed by beeswax addition. Water sensitive properties are key points to consider at each step of material development and to understand relationships between the different ingredients (protein, plasticizer, waxes, antimicrobial agents). This manuscript shows the feasibility in the development of casein based material as biodegradable, edible and antimicrobial material, to apply and use in the food packaging industry or other industries

Tesis por compendio / This PhD dissertation focuses on the development of renewable and biodegradable active films based on chemically-modified wheat gliadin proteins endowed with antimicrobial capacity owing to the incorporation of naturally-occurring bioactive compounds, namely cinnamaldehyde, natamycin, and lysozyme. Gliadin proteins were treated with cinnamaldehyde at acidic pH and films were produced by casting. The resulting protein-based films presented improved functional properties (mechanical, barrier, and water resistance), and biochemical evidence of the formation of a more compact network whose degree of cross-linking increased with the amount of cinnamaldehyde incorporated into the gliadin-ethanolic solution. Free cinnamaldehyde not participating in the cross-linked reaction remained entrapped in the protein matrix at low relative humidity conditions. The sensitivity of the films to moisture owing to the hydrophilic character of gliadins provided a trigger and control mechanism for the release of cinnamaldehyde in moderate and high relative humidity environments, similar to conditions occurring in packaged food products. The antimicrobial properties of the films developed were tested in vitro by vapor diffusion assays against common food spoilage fungi (Penicillium expansum and Aspergillus niger), showing great effectiveness. Application of these active films to the preservation of two foodstuffs, sliced bread and cheese spread, gave promising results, lengthening fungal growth lag phase and minimizing fungal growth extension. / Balaguer Grimaldo, MDLP. (2015). Development of active bioplastics based on wheat proteins and natural antimicrobials for food packaging applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48520 / TESIS / Premios Extraordinarios de tesis doctorales / Compendio

No description available.

No description available.

No description available.

No description available.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第24647号 / 工博第5153号 / 新制||工||1984(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科化学工学専攻 / (主査)教授 大嶋 正裕, 教授 佐野 紀彰, 教授 山本 量一 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DGAM

Tesis por compendio / [ES] El uso masivo de plásticos sintéticos y su impacto medioambiental obliga a buscar alternativas biodegradables para el envasado de los alimentos,etapa necesaria para su adecuada conservación.Así mismo,la necesidad de incrementar la vida útil de los alimentos ha despertado gran interés en el desarrollo de materiales activos(antimicrobianos y antioxidantes)que mantengan su calidad y seguridad por más tiempo,mediante el uso de compuestos de origen natural,seguros para el consumidor.En este sentido,el desarrollo de materiales biodegradables activos para el envasado de alimentos constituye hoy en día un reto importante para la industria alimentaria.En la presente Tesis Doctoral,se ha estudiado la encapsulación de carvacrol mediante el electroestirado o extensión y secado de diferentes disoluciones poliméricas con carvacrol.Se han utilizado polímeros biodegradables portadores de diferente polaridad(almidón termoplástico:TPS,polivinil-alcohol:PVA, policaprolactona:PCL o ácido poliláctico:PLA)disueltos en el solvente adecuado,con el fin de obtener capas activas.Estas capas se han combinado con otras de polímeros con propiedades complementarias,para obtener laminados activos adecuados para el envasado de alimentos.Los laminados combinaron polímeros polares(TPS o PVA)y poliésteres no polares(PCL o PLA)incorporando el carvacrol en una de las capas.Se evaluó la cinética de liberación del activo,así como la acción antimicrobiana de los materiales obtenidos.Los laminados se caracterizaron en su funcionalidad como material de envase(prop. de barrera,mecánicas u ópticas)así como en su estructura y comportamiento térmico.Los estudios de encapsulación revelaron un mayor potencial encapsulante del carvacrol para los polímeros no polares(PCL;PLA),aunque el PVA mostró también una buena afinidad con el compuesto activo.La matriz de PVA mostró una mayor retención de carvacrol mediante electroestirado de sus disoluciones acuosas que por extensión y secado,sin necesidad de adición de tensoactivos como el Tween85.Para la encapsulación en PLA,se usaron mezclas binarias de solventes aptos para contacto con los alimentos(acetato de etilo y DMSO).En este caso,se obtuvo una mayor eficiencia encapsulante del PLA en los materiales obtenidos por extensión y secado que en los electroestirados.La cinética de liberación del carvacrol de las fibras de PCL explicó el mayor efecto antibacteriano contra E.coli,y el escaso efecto antilisteria.La velocidad de liberación del activo aumentó cuando disminuyó la polaridad de los simulantes alimentarios, mostrando una liberación completa en los sistemas apolares,pero solo hasta 75% en los sistemas acuosos,que requerirían una mayor proporción del activo en el envase para potenciar su efectividad.La combinación de láminas de TPS con fibras de PCL cargadas con carvacrol dio lugar a materiales con una permeabilidad al vapor de agua mejorada,en comparación con los films de almidón,sin efectos relevantes sobre las otras propiedades funcionales estudiadas.Cuando los laminados se probaron in vitro contra cepas G(+) y G(-) mostraron un efecto antibacteriano similar al de las fibras de PCL con carvacrol,pero retrasado en el tiempo.Los estudios de desintegración-biodegradación de los laminados almidón-PCL revelaron que las películas con carvacrol afectaron la actividad del inóculo del compost,disminuyendo ligeramente la biodegradabilidad de las películas,pero alcanzando valores de desintegración similares(75-80%)a las muestras libres de carvacrol.Se obtuvieron también laminados de PLA y PVA mediante la extensión y secado de disoluciones acuosas de PVA con carvacrol.La superficie del PLA fue sometida a aminolización a fin de mejorar la extensibilidad de las disoluciones acuosas.A pesar del incremento de la componente polar de la energía superficial del PLA y su mejorada humectabilidad con las soluciones de PVA,estas bicapas no mostraron una mejora significativa en las propied / [CA] L'ús massiu de plàstics sintètics i el seu impacte mediambiental obliga a buscar alternatives biodegradables per a l'envasament dels aliments necessari per a la seua conservació.Així mateix,la necessitat d'incrementar la vida útil dels aliments ha despertat gran interés en el desenvolupament de materials actius(antimicrobians i antioxidants)que mantinguen la seua qualitat i seguretat per més temps,per mitjà de l'ús de compostos d'origen natural,segurs per al consumidor.En este sentit,el desenvolupament de materials biodegradables actius per a l'envasament d'aliments constituïx un repte important per a la indústria alimentària.En la present Tesi Doctoral,s'ha estudiat l'encapsulació de carvacrol per mitjà de l'electroestirat o extensió i assecat de diferents dissolucions polimèriques amb carvacrol.S'han utilitzat polímers biodegradables portadors de diferent polaritat(midó termoplàstic:TPS, polivinil-alcohol:PVA, policaprolactona:PCL o àcid poliláctic:PLA)dissolts en el solvent adequat,a fi d'obtindre capes actives.Estes s'han combinat amb altres de polímers amb propietats complementàries,per a obtindre laminats actius adequats per a l'envasament d'aliments.Els laminats van combinar polímers polars(TPS o PVA)i poliésters no polars(PCL o PLA)incorporant el carvacrol en una de les capes.Es va avaluar la cinètica d'alliberament de l'actiu,així com l'acció antimicrobiana dels materials obtinguts.Els laminats es van caracteritzar en la seua funcionalitat com a material d'envàs(propietats de barrera, mecàniques o òptiques),així com en la seua estructura i comportament tèrmic.Els estudis d'encapsulació van revelar un major potencial encapsulant del carvacrol per als polímers no polars(PCL i PLA),encara que el PVA va mostrar també una bona afinitat amb el compost actiu.La matriu de PVA va mostrar una major retenció de carvacrol per mitjà d'electroestirat de les seues dissolucions aquoses que per extensió i assecat,sense necessitat d'addició de tensioactius com el Tween 85.Per a l'encapsulació en PLA,es van usar mescles binàries de solvents aptes per a contacte amb els aliments(acetat d'etil i DMSO).Es va obtindre una major eficiència encapsulant del PLA en els materials obtinguts per extensió i assecat que en els electroestirats.La cinètica d'alliberament del carvacrol de les fibres de PCL va explicar el major efecte antibacterià contra Escherichia coli,i l'escàs efecte antilisteria.La velocitat d'alliberament de l'actiu va augmentar quan va disminuir la polaritat dels simulants alimentaris,mostrant un alliberament complet en els sistemes no polars, però només fins a un 75% en els sistemes aquosos,que requeririen una major proporció de l'actiu en l'envàs per a potenciar la seua efectivitat.La combinació de làmines de TPS amb fibres de PCL carregades amb carvacrol va donar lloc a materials amb una permeabilitat al vapor d'aigua millorada,en comparació amb els films de midó, sense efectes rellevants sobre les altres propietats funcionals.Quan els laminats es van provar in vitro contra ceps Gram(+) i Gram(-) van mostrar un efecte antibacterià semblant al de les fibres de PCL amb carvacrol,però retardat en el temps.Els estudis de desintegració-biodegradació dels laminats midó-PCL van revelar que les pel·lícules amb carvacrol van afectar l'activitat de l'inocule del compost,disminuint lleugerament la biodegradabilitat,però aconseguint valors de desintegració semblants(75-80%)a les mostres lliures de carvacrol.Es van obtindre també laminats de PLA i PVA per mitjà de l'extensió i assecat de dissolucions aquoses de PVA amb carvacrol.La superfície del PLA va ser sotmesa a aminolizatció a fi de millorar l'extensibilitat de les dissolucions aquoses.A pesar de l'increment de la component polar de l'energia superficial del PLA i la seua millorada mullabilitat amb les solucions de PVA,estes bicapes no van mostrar una millora significativa en les propietats mecàniques i de barrera / [EN] The massive use of synthetic plastics and their environmental impact makes necessary the search for biodegradable alternatives for food packaging. Likewise, the need to increase the shelf life of food has aroused great interest in the development of active materials (antimicrobial and antioxidant) that maintain food quality and safety for longer periods of time through the use of compounds of natural origin, safe for the consumer. In this sense, the development of active biodegradable materials for food packaging is both a major imperative and challenge for the food industry today. In the present Doctoral Thesis, the encapsulation of carvacrol has been studied by means of the electrospinning or casting of different polymeric solutions with carvacrol. Biodegradable polymers with different polarities (thermoplastic starch: TPS, poly(vinyl-alcohol): PVA, poly-(¿-caprolactone): PCL or poly(lactic acid): PLA) dissolved in the appropriate solvent have been used to obtain active layers. These have been combined with other polymers with complementary properties, to obtain active laminates suitable for food packaging. The laminates combined polar polymers (TPS or PVA) and non-polar polyesters (PCL or PLA) incorporating carvacrol in one of the layers. The release kinetics of the active ingredient was evaluated, as well as the antimicrobial action of the materials obtained. The laminates were characterized in their functionality as a packaging material (barrier, mechanical or optical properties), as well as in their structure and thermal behaviour. Encapsulation studies revealed a higher encapsulating potential of carvacrol for non-polar polymers (PCL and PLA), although PVA also showed a good affinity with the active compound. The PVA matrix showed a higher retention of carvacrol by electrospinning of its aqueous solutions than by casting, without the need for addition of surfactants such as Tween 85. For the encapsulation in PLA, binary mixtures of solvents suitable for food contact (ethyl acetate and DMSO) were used. A higher encapsulation efficiency of PLA was obtained in the materials produced by casting than by electrospinning. The carvacrol release kinetics of PCL fibres explained the higher antibacterial effect against Escherichia coli and the lower antilisterial effect. The release ratio of the active ingredient increased when the polarity of the food simulants decreased, showing a complete release in non-polar systems and only up to 75% in aqueous systems that would require a higher proportion of the active ingredient in the packaging material to enhance its effectiveness. The combination of TPS films with carvacrol loaded PCL fibres resulted in materials with improved water vapour permeabilities, compared to starch films, with no relevant effects on the other functional properties. When the laminates were tested in vitro against Gram (+) and Gram (-) strains, they showed a similar antibacterial effect to that of PCL fibres with carvacrol, but delayed in time. Disintegration-biodegradation studies of PCL-starch laminates revealed that carvacrol films affected the activity of the compost inoculum, slightly decreasing the biodegradability of the laminates, but reaching similar disintegration values (75-80%) to the carvacrol-free samples. PLA and PVA laminates were also obtained by casting aqueous PVA solutions with carvacrol. The surface of PLA was submitted to aminolization in order to improve the extensibility of the aqueous solutions. Despite the increase in the polar component of the PLA surface energy and its improved wettability with PVA solutions, these bilayers did not show significant improvement in mechanical and barrier properties over the PLA monolayers. / The authors would like to thank the Ministerio de Economia y Competitividad of Spain, for funding this study as part of projects AGL2013-42989-R and AGL2016-76699-R and predoctoral research grant # BES-2014-068100. / Tampau, A. (2020). Carvacrol encapsulation by electrospinning or solvent casting to obtain biodegradable multilayer active films for food packaging applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/140313 / TESIS / Compendio

In the theoretical section of presented diploma thesis are discussed various nanoparticles such as micelles and liposomes, solid lipid nanoparticles and polymeric nanoparticles. Special attention was focused on copolymer PLGA. There are characterized different procedures in the preparation of nanoparticles. From the approches for nanoparticles evaluation are chosen measuring size of nanoparticles and their zeta potential. The experiment was almost unambiguously focused on study of effect of diffrent factors on nanopartlicles size and distribution from linear PLGA and PLGA used for branching of tripentaerythritol and polyacrylic acid. Keywords: nanoparticles, size, size distribution, zeta potential, interactions of nanoparticles