Le caroubier est considéré comme l'un des arbres fruitiers et forestiers qui présente le plus grand potentiel de valorisation puisque toutes les parties de cette plante sont utilisables dans plusieurs applications industriels. Le caroubier est cultivé dans plusieurs régions du Liban mais peu d'études sont disponibles sur les voies de valorisation et sur les propriétés fonctionnelles et structurales des graines et des gousses. Ainsi, dans le cadre d'une démarche qui vise à promouvoir et contribuer à une meilleure valorisation et gestion de cette ressource renouvelable, nous avons entrepris dans cette thèse des travaux consacrés à la caractérisation et à l'évaluation de la valeur nutritive et fonctionnelle des gousses de caroube issues de plusieurs régions libanaise. Ces travaux ont porté notamment sur la caractérisation morphologique et physico-chimique des gousses et sur la purification des gommes extraits des graines. Ces gommes ont fait l'objet d'une étude approfondie portant sur leur comportement rhéologique et la relation entre ce comportement, la variété et le lieu géographique. Nous avons aussi déterminé les isothermes de sorption de ces gommes pour prédire les conditions idéales de leur conservation. Les résultats obtenus à l'issue de cette étude ont démontré clairement la présence des corrélations morphologie, composition chimique et coordonnées géographiques de différents cultivars étudiés. De même, les études structurales et rhéologiques ont montré des différences significatives entre les gommes purifiées. Cette différence semble être liée à une variation du rapport galactose/mannose et de la masse molaire observée selon les variétés. Par ailleurs, les études des isothermes de sorption ont permis de fournir des informations complémentaires sur leurs hygroscopicités et par conséquence sur les conditions idéales de leur conservation / The carob plant is considered as one of the fruit and forester tree that has the greatest potential of valorization since all the parts of this plant can be used in several food and cosmetic applications. The carob is cultivated in several areas of lebanon but few studies are available on the ways of valorization and the functional and structural properties of the different fractions of this tree (seeds and pods). Thus, in view to develop a strategy aims to promote and contribute to a better valorization and management of this renewable resource, we undertook in this thesis of work devoted to the characterization and the evaluation of nutritive and functional properties of the carob pods resulting from several lebanese areas. This work focused particularly on the morphological and physicochemical characterization of the pods and the purified fraction of gum. These gums were the subject of a thorough study relating to their rheological behavior and the relation between this behavior, the variety and the geographical localization of the studied varieties. We also determined the isotherms of sorption of these gums to predict the ideal conditions of their conservation. The obtained results clearly showed the presence of the correlations between morphology, chemical composition and geographical localization of the different studied cultivars. In the same way, the structural and rheological studies showed significant differences between purified gums. This difference seems to be related to a variation of the galactose /mannose ratio and molar mass according to the varieties. These interesting rheological properties open the carob gums a new niches of valorization with added values. In addition, the studies of the isotherms of sorption provided additional information on their hygroscopicities and by consequence on the ideal conditions of their conservation

La présente thèse traite, au travers d’une analyse fondamentale et expérimentale, l’effet de texturation par détente instantanée contrôlée (DIC) sur les phénomènes de transfert au cours des processus de séchage, d’extraction mécanique et de comportement rhéologique. Les produits concernés ont été les graines de caroube (gomme et germe) et deux variétés de graines de tournesol (linoléique et oléique). La texturation DIC permet d’agir sur la cinétique de séchage par flux d’air ce qui conduit à une intensification des processus de séchage par flux d’air tout en assurant une bonne préservation de la qualité nutritionnelle du produit fini. L’étude expérimentale a été couplée à une analyse phénoménologique de la cinétique à travers une modélisation de type CWD (coupled Washing/Diffusion). Cette dernière étude conduit à une évaluation de l’impact de la texturation sur la diffusivité effective Deff et l’accessibilité initiale δWs. D’autre part, l’étude expérimentale en vue de l’optimisation de l’opération a été réalisée à travers la méthode des plans d’expériences. La modification des paramètres opératoires fonctionnels de la DIC, à savoir la pression absolue de vapeur d’eau saturée sèche (P), et le temps de traitement thermique (t), ainsi que le nombre des cycles (c) sur l’ensemble des performances de l’opération a été établie sur le comportement rhéologique de la gomme de caroube. Une deuxième partie de la thèse a été consacrée à l’étude fondamentale et expérimentale des procédés d’extraction d’huile de tournesol des deux variétés de graines linoléiques et oléiques. Le traitement thermomécanique par détente instantanée contrôlée (DIC) permet, à travers une modification contrôlée de la structure de la matière première, d’agir sur l’extraction mécanique par presse à froid des huiles de tournesol, ainsi que sur l’extraction par solvant de l’huile à partir du tourteau résiduel. Un complément à cette opération a consisté en l’extraction par solvant (n-hexane) opérée sur l’ensemble des graines de tournesol. La texturation DIC a conduit à une grande augmentation du rendement en huile pour les variétés linoléique et oléique. La préservation de la qualité de l’huile et du tourteau prouve l’adéquation de la DIC avec l’absence pratique de la dégradation chimique. Notre étude a également concerné la définition d’un nouveau procédé de désodorisation. Il s’agit de l’utilisation de l’Autovaporisation Multi-Flash MFA sur le raffinage de l’huile de tournesol. Cette technologie innovante de désodorisation se distingue par son faible niveau de température assurant ainsi une sévérité nettement inférieure à celle des méthodes conventionnelles à haute température. / This thesis deals with a fundamental and experimental analysis of the effect of instant controlled pressure drop (DIC) on the transfer phenomena and rheological behavior, which occurs during the drying process and mechanical and solvent extraction. The products concerned were carob seeds (gum and germ) and two varieties of sunflower seeds (linoleic and oleic). DIC texturing makes it possible to greatly modify the drying kinetics, leading to an effective intensification of the drying processes while maintaining a good preservation of the nutritional quality of the finished product. The experimental study was coupled with a phenomenological kinetic model using the CWD (coupled Washing/Diffusion). This study leads to evaluate the impact of texturing on the effective diffusivity Deff and the initial accessibility δWs. On the other hand, the experimental study for the optimization of the operation was carried out through an adequate experimental design method. The impact of the DIC processing parameters, namely the absolute pressure of saturated dry water vapor (P), and the heat treatment time (t), as well as the number of cycles (c) was established on the rheological behavior of the carob bean gum. A second part of our work was devoted to the theoretical and experimental study of sunflower oil extraction processes of the two types of linoleic and oleic seeds. By acting as a controlled modification of the raw material, (DIC) texturing allowed increasing the yield of sunflower oil by both cold pressing and solvent extraction from the residual cake. DIC texturing has led to a large increase in oil yield for both linoleic and oleic varieties. The preservation of the quality of oil demonstrates that DIC was perfectly adequate with a perfect absence of chemical degradation. Our study also involved the definition of a new deodorization process. This is the use of the Multi-Flash Autovaporization MFA on the refining of sunflower oil. This innovative deodorization technology is characterized by its low temperature level, thus ensuring a much lower severity than conventional high temperature methods.

Cette thèse de doctorat porte sur la valorisation du déchet solide issu de la préparation de la mélasse de caroube libanaise pour la production de bioénergie et de molécules à valeur ajoutée. L’analyse de la composition de ce déchet a montré qu’il contient 45 % (g/g) de sucres, substrats exploitables pour la fermentation alcoolique ou lactique, la production de biohydrogène, ou comme source de carbone pour la croissance d’une algue dans un procédé de phycoremédiation (traitement des eaux par les algues) pour l’élimination de micropolluants pharmaceutiques. Les résultats obtenus ont montré que la fermentation alcoolique en phase liquide à partir d’extraits de déchet de caroube peut conduire à des rendements élevés en bioéthanol sous réserve d’enrichir le milieu de culture par les éléments nécessaires pour la croissance de la levure Saccharomyces cerevisiae (en particulier l’azote), tandis qu’il est possible de produire directement le bioéthanol sur le déchet par fermentation en milieu solide sous réserve de contrôler précisément l’humidité. Nous avons également démontré que la fermentation lactique par immobilisation de Lactobacillus rhamnosus sur des billes d’alginate constitue une alternative possible au bioéthanol pour les sucres extraits du déchet. Cependant, un enrichissement du milieu de culture, ainsi que l’utilisation d’une invertase en prétraitement sont nécessaires afin de maximiser le rendement et la productivité de l’acide lactique. L’immobilisation des microorganismes a permis de réutiliser les mêmes billes d’alginate au cours de cinq cycles successifs de production. Une autre alternative potentielle aux voies précédentes est la fermentation sombre pour la production de biohydrogène directement à partir du déchet. Si des rendements intéressants ont été atteints, il faut noter que comme précédemment dans le cas de la fermentation solide du déchet, une forte dépendance aux conditions initiales de broyage a été mise en évidence ; de plus, à la carence en azote qui obligeait à supplémenter les milieux en fermentation en phase liquide s’ajoutent des besoins en fer. Enfin, l’utilisation du déchet comme substrat carboné dans un procédé de phycoremédiation avec l’algue Ankistrodesmus braunii a montré que l’élimination de 90% du diclofénac initial pouvait être atteinte en conditions de mixotrophie, même si seulement un tiers du diclofénac éliminé est effectivement métabolisé par l’algue. / This PhD thesis deals with the valorization of the solid waste generated by the Lebanese carob molasse process with the aim to produce bioenergy or high added-value platform molecules. The chemical analysis of this waste has highlighted that it contains 45% (w/w) sugars, which can be used as a substrate for alcoholic or lactic fermentation, the production of biohydrogen by dark fermentation, or as a carbon source for the growth of microalgae in a phycoremediation process (water treatment process based on algae/microalgae) for the removal of pharmaceutical micropollutants. Experimental results have shown that high ethanol yield and productivity could be achieved through alcoholic fermentation in the liquid phase using extracts from carob waste as the substrate, provided the culture medium was enriched by complementary nutrients (especially a nitro-gen source) to enhance the growth of the yeast Saccharomyces cerevisiae; in parallel, the direct production of ethanol from the solid waste based on solid-state fermentation was also proved to be efficient, provided humidity was accurately controlled. In addition, lactic fermentation per-formed with immobilized Lactobacillus rhamnosus on alginate beads was shown to constitute a potential alternative to bioethanol for the extracts from carob waste. An enriched culture medium was, however, necessary, together with the use of an invertase enzyme as a pretreatment so as to maximize the yield and the productivity of lactic acid. Using microorganism immobilization lead to the opportunity to recycle at least five times alginate beads in successive culture cycles. Another potential alternative to the above-mentioned valorization pathways was proved to lie in the dark fermentation process for biohydrogen production, directly using the solid waste. While attractive yields were reached, a strong dependence on the particle size from grinding pretreatment was emphasized, as in solid-state fermentation; moreover, iron supplementation in the culture medium was compulsory, in addition to nitrogen supplementation already described when fermentation was carried out in the liquid phase. Finally, when the carob waste was used as a substrate for the growth of the algae Ankistrodesmus braunii in a phycoremediation process, a removal yield of the initial diclofenac content about 90% could be reached under mixotrophic conditions, even though only one third of the diclofenac removed was effectively metabolized.

Dans la présente étude, nous avons étudié les effets des infusions de feuilles de caroube et de cladodes OFI riches en polyphénols sur l'inflammation associée à l'obésité et la colite ulcéreuse induite par le dextran de sulfate de sodium (DSS) chez les souris suisse.Des études in vitro ont révélé que les extraits aqueux de feuilles de caroube et de cladodes OFI présentaient des propriétés anti-inflammatoires marquées par l'inhibition de la production d'IL-6, de TNF-α et d'oxyde nitrique (NO) dans les cellules RAW 264.7 stimulées par des lipopolysaccharides (LPS). Inhibition de la translocation du noyau NF-κβ.Pour des investigations in vivo, des souris mâles suisses ont été soumises à un régime contrôle (ND) ou à un régime riche en graisses (HFD). A la 4ème semaine après le début de l'étude, les animaux ont reçu ou non 1% d'infusion de feuilles de caroube ou d'OFI-cladode pendant 6 semaines et ont été soumis à une administration de DSS à 2% dans l'eau potable au cours des 7 derniers jours. Après sacrifice, les niveaux de cytokines pro-inflammatoires dans le plasma et l'expression de leur ARNm dans différents organes ont été déterminés. Les résultats ont montré que les infusions de feuille de caroube et de OFI-cladode réduisaient la sévérité de l'inflammation associée à l'obésité induite par HFD et la colite aiguë induite par le DSS indiquée par une diminution de l'expression des cytokines pro-inflammatoires (comme TNF-α, IL1b et IL-6) tissu adipeux et rate. En outre, les taux plasmatiques d'IL-6 et de TNF-α ont également été réduits en réponse au traitement par les infusions. Ainsi, les infusions de feuilles de caroube et d'OFI-cladode ont empêché la perméabilité intestinale grâce à la restauration des protéines de jonctions serrées (Zo1, occludines) et à l'homéostasie immunitaire. Ainsi, l'effet anti-inflammatoire des feuilles de caroube et des cladodes OFI pourrait être attribué à leurs polyphénols qui pourraient atténuer la gravité de l'inflammation associée à l'obésité et à la colite. / In the present study, we have investigated the effects of polyphenol-rich infusions from carob leaves and OFI-cladodes on inflammation associated with obesity and dextran sulfate sodium (DSS)-induced ulcerative colitis in Swiss mice. In vitro studies revealed that aqueous extracts of carob leaves and OFI-cladodes exhibited anti-inflammatory properties marked by the inhibition of , TNF-α and nitric oxide (NO) production in lipopolysaccharide (LPS)-stimulated RAW 264.7 cells concomitant with NF-κβ nucleus translocation inhibition. For in vivo investigations, Swiss male mice were subjected to control or high fat diet (HFD). At the 4th week after the start of study, animals received or not 1% infusion of either carob leaves or OFI-cladode for 6 weeks and were subjected to 2% DSS administration in drinking water over last 7 days. After sacrifice, pro-inflammatory cytokines levels in plasma and their mRNA expression in different organs were determined. Results showed that carob leaf and OFI-cladode infusions reduced inflammation severity associated with HFD-induced obesity and DSS-induced acute colitis indicated by decrease in pro-inflammatory cytokines expression (as such TNF-α, IL1b and IL-6) in colon, adipose tissue and spleen. In addition, plasma levels of IL-6 and TNF-α were also curtailed in response to infusions treatment. Thus, carob leaf and OFI-cladode infusions prevented intestinal permeability through the restoration of tight junction proteins (Zo1, occludins) and immune homeostasis. Hence, the anti-inflammatory effect of carob leaves and OFI-cladodes could be attributed to their polyphenols which might alleviate inflammation severity associated with obesity and colitis.