Thesis (doctoral)--Swedish University of Agricultural Sciences, 2000. / Includes bibliographical references.

Thesis (Ph. D.)--University of Wisconsin--Madison, 2007. / Includes bibliographical references. Also available on the Internet.

Plant natural products include a diverse array of compounds that play important roles in plant metabolism and physiology. After elucidation of biosynthetic pathways and regulatory factors, it has become possible to metabolically engineer new capabilities in planta as well as successfully engineer whole pathways into microbial systems. Microbial expression systems for producing valuable plant compounds have evolved to incorporate polyculture and co-culture consortiums for carrying out robust biosynthesis strategies. This review focuses on four classes of plant secondary metabolites and the recent advances in generating useful compounds in microbial expression platforms and in plant metabolic engineering. They are the flavonoids, alkaloids, betalains, and glucosinolates.

El texto completo de este trabajo no está disponible en el Repositorio Académico UPC por restricciones de la casa editorial donde ha sido publicado. / Objective: To evaluate the safety and tolerability of an oral herbal supplement containing glucosinolates, phytosterols, and citrus flavonoids (Warmi®, Lima Perú;) in otherwise healthy adult women. Methods: This was a phase-I, randomized parallel three arms, double-blinded, and a placebo-controlled clinical trial. A total of 55 participants aged 18-40 were randomly assigned to one of three groups to receive for three months: (1) an oral herbal supplement of 1650 mg/day; (2) an oral herbal supplement of 3300 mg/day; or (3) an oral placebo 3300 mg/day. The primary endpoints were oral safety and tolerability of the supplement. The secondary endpoint was its effect on vital functions, anthropometrics, and laboratory tests. We used an exploratory approach by covariance analysis (ANCOVA) adjusted for the variables’ baseline value for the secondary outcomes. Results: All women completed three months of follow-up, reporting no side effects. Our exploratory analysis revealed that treatment with the herbal supplement of 1650 mg/day was associated with increased glucose and uric acid levels. In comparison, the herbal supplement 3300 mg/day was associated with reduced breathing rate, increased basal temperature, and systolic blood pressure, both compared to the placebo group. However, despite significant differences, none of these was clinically significant. Conclusion: The oral herbal supplement had a favorable safety and tolerability profile in studied women. There is a need to study its potential as an option to treat menopausal symptoms. / Revisión por pares

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Garlic mustard (Alliaria petiolata, Brassicaceae) is a biennial herb that produces glucosinolates, a class of constituent secondary metabolites that defend against herbivores and pathogens allowing it to grow at high densities in invaded regions. The glucosinolate sinigrin is predominant in garlic mustard and aids in its competitiveness as an invasive species. In North America, garlic mustard can grow at high densities and form dense monocultures which may increase its apparency to herbivores and therefore increase its sinigrin production. I measured leaf sinigrin concentration in garlic mustard populations of different densities in the field and in greenhouse experiments to evaluate the response of sinigrin concentration and growth to density and light. Sinigrin concentrations of second-year plants were negatively correlated with growth metrics across all field densities; indicating a cost to sinigrin production. In the greenhouse density experiment with high and low rosette stem densities, sinigrin differed significantly by rosette density category. A factorial greenhouse experiment with light and density treatments discerned significant differences in sinigrin concentration by density. These findings suggest that sinigrin concentration may be influenced by intraspecific density across different light environments.

Le brocoli est une excellente source de composés nutraceutiques ayant de nombreux effets sur la santé tels que les propriétés anticancéreuses, anti-diabétiques, antioxydantes et antimicrobiennes. Les glucosinolates, les polyphénols, les vitamines, les minéraux et les fibres alimentaires sont les principales molécules présentes dans le brocoli. La production annuelle mondiale de brocoli est de 21 millions de tonnes. On estime que 35 à 40% des cultures horticoles sont perdues en raison de pratiques agricoles inadéquates, générant d'énormes quantités de déchets agricoles. Ces cultures perdues pourraient être utilisées comme matières premières pour l'extraction et la purification d'ingrédients bioactifs destinés à l'industrie nutraceutique et alimentaire. L'objectif principal de ce projet était de développer une technique économique et respectueuse de l'environnement pour la fabrication d'un extrait riche en glucoraphanine à partir de rejets industriels de brocoli, en fournissant une voie alternative pour sa valorisation. Ce travail se concentre principalement sur l'identification, la caractérisation et la quantification des glucosinolates et des polyphénols présents dans 10 lots rejetés de graines de brocoli et de résidus industriels de brocoli tels que les fleurons, les tiges et le mélange de fleurons et de tiges. De plus, le procédé d'extraction de la glucoraphanine a été optimisé en utilisant des solvants verts tels que l'éthanol et l'eau. En outre, la glucoraphanine provenant d'extraits de brocoli bruts a été purifiée en utilisant des résines échangeuses d'ions par une Méthodologie de Surface de Réponse, basé sur le Box-Behnken Design (BBD) et l'Analyse des Composants Principaux. Enfin, des expériences pilotes ont été réalisées en utilisant les paramètres optimisés pour vérifier leur adéquation pour une application industrielle. La caractérisation et la quantification simultanées par UPLC MS/MS ont indiqué la présence de 12 glucosinolates (principalement de la glucoraphanine) et de 5 polyphénols dans les sous-produits du brocoli. La teneur en glucosinolates variait de 0,2 à 2% de matière sèche (MS), tandis que les polyphénols étaient inférieurs à 0,02% de MS. L'abondance relative de la glucoraphanine dans les sous-produits du brocoli a fait un matériau de départ prometteur pour la fabrication de compléments alimentaires fonctionnels. De plus, un procédé d'extraction de la glucoraphanine écologique et à base de solvant a été optimisé pour les sous-produits de graines de brocoli et de fleurons. Un extracteur à agitation magnétique unique a maximisé l'extractibilité de la glucoraphanine. Les paramètres d'extraction optimisés étaient de 50% et 70% d'éthanol aqueux extraits pendant 60 et 30 minutes à 60 et 23°C pour les sous-produits de graines et de fleurons, respectivement, en utilisant un rapport matière/solvant de 1:20. Le procédé vert optimisé a donné un rendement de glucoraphanine de 55,5 g/kg MS de graines et de 4,3 g/kg MS de fleurons. Le procédé vert développé dans cette étude a fourni 37 et 81 fois plus d'extractibilité de la glucoraphanine que la technique analytique standard basée sur le méthanol. Enfin, un procédé de purification de la glucoraphanine respectueux de l'environnement et industriellement réalisable a été développé en utilisant des résines échangeuses d'ions par approche de surface de réponse pour les sous-produits de graines de brocoli et de fleurons. Un ensemble de 27 essais, 3 niveaux dans le BBD ont été proposés pour les résines cationiques et anioniques en série, pour maximiser les réponses du processus. La purification de la glucoraphanine à partir de l'extrait de graines de brocoli en utilisant une résine cationique a permis une récupération maximale de 94% et une pureté de 14% en utilisant 1:5 du rapport matière/résine pendant 91 min à 80 rpm/min. Dans le cas de la résine anionique, les variables expérimentales de 1:5, 140 min, 160 rpm/min et 7% d'hydroxyde d'ammonium dans de l'éthanol à 70% ont donné un rendement de 72% et une pureté de 37%... / Le brocoli est une excellente source de composés nutraceutiques ayant de nombreux effets sur la santé tels que les propriétés anticancéreuses, anti-diabétiques, antioxydantes et antimicrobiennes. Les glucosinolates, les polyphénols, les vitamines, les minéraux et les fibres alimentaires sont les principales molécules présentes dans le brocoli. La production annuelle mondiale de brocoli est de 21 millions de tonnes. On estime que 35 à 40% des cultures horticoles sont perdues en raison de pratiques agricoles inadéquates, générant d'énormes quantités de déchets agricoles. Ces cultures perdues pourraient être utilisées comme matières premières pour l'extraction et la purification d'ingrédients bioactifs destinés à l'industrie nutraceutique et alimentaire. L'objectif principal de ce projet était de développer une technique économique et respectueuse de l'environnement pour la fabrication d'un extrait riche en glucoraphanine à partir de rejets industriels de brocoli, en fournissant une voie alternative pour sa valorisation. Ce travail se concentre principalement sur l'identification, la caractérisation et la quantification des glucosinolates et des polyphénols présents dans 10 lots rejetés de graines de brocoli et de résidus industriels de brocoli tels que les fleurons, les tiges et le mélange de fleurons et de tiges. De plus, le procédé d'extraction de la glucoraphanine a été optimisé en utilisant des solvants verts tels que l'éthanol et l'eau. En outre, la glucoraphanine provenant d'extraits de brocoli bruts a été purifiée en utilisant des résines échangeuses d'ions par une Méthodologie de Surface de Réponse, basé sur le Box-Behnken Design (BBD) et l'Analyse des Composants Principaux. Enfin, des expériences pilotes ont été réalisées en utilisant les paramètres optimisés pour vérifier leur adéquation pour une application industrielle. La caractérisation et la quantification simultanées par UPLC MS/MS ont indiqué la présence de 12 glucosinolates (principalement de la glucoraphanine) et de 5 polyphénols dans les sous-produits du brocoli. La teneur en glucosinolates variait de 0,2 à 2% de matière sèche (MS), tandis que les polyphénols étaient inférieurs à 0,02% de MS. L'abondance relative de la glucoraphanine dans les sous-produits du brocoli a fait un matériau de départ prometteur pour la fabrication de compléments alimentaires fonctionnels. De plus, un procédé d'extraction de la glucoraphanine écologique et à base de solvant a été optimisé pour les sous-produits de graines de brocoli et de fleurons. Un extracteur à agitation magnétique unique a maximisé l'extractibilité de la glucoraphanine. Les paramètres d'extraction optimisés étaient de 50% et 70% d'éthanol aqueux extraits pendant 60 et 30 minutes à 60 et 23°C pour les sous-produits de graines et de fleurons, respectivement, en utilisant un rapport matière/solvant de 1:20. Le procédé vert optimisé a donné un rendement de glucoraphanine de 55,5 g/kg MS de graines et de 4,3 g/kg MS de fleurons. Le procédé vert développé dans cette étude a fourni 37 et 81 fois plus d'extractibilité de la glucoraphanine que la technique analytique standard basée sur le méthanol. Enfin, un procédé de purification de la glucoraphanine respectueux de l'environnement et industriellement réalisable a été développé en utilisant des résines échangeuses d'ions par approche de surface de réponse pour les sous-produits de graines de brocoli et de fleurons. Un ensemble de 27 essais, 3 niveaux dans le BBD ont été proposés pour les résines cationiques et anioniques en série, pour maximiser les réponses du processus. La purification de la glucoraphanine à partir de l'extrait de graines de brocoli en utilisant une résine cationique a permis une récupération maximale de 94% et une pureté de 14% en utilisant 1:5 du rapport matière/résine pendant 91 min à 80 rpm/min. Dans le cas de la résine anionique, les variables expérimentales de 1:5, 140 min, 160 rpm/min et 7% d'hydroxyde d'ammonium dans de l'éthanol à 70% ont donné un rendement de 72% et une pureté de 37%. Alors que pour les rejets industriels de fleurons de brocoli, les paramètres optimisés pour la purification de la glucoraphanine étaient un ratio matière/résine de 1:1.87, un temps de contact de 30 min, une vitesse d'agitation de 80 rpm/min et un solvant d'élution de 100% eau. La purification subséquente de l'extrait cationique en utilisant la résine anionique a été réalisée en utilisant les paramètres expérimentaux optimisés du rapport matière/résine de 1:1.3 pendant 170 min à 140 rpm/min et éluée en utilisant 7% d'hydroxyde d'ammonium dans 70% d'éthanol, fournissant une récupération de 78% et pureté de 5%. Enfin, les paramètres du processus d'extraction et de purification optimisés à l'échelle du laboratoire ont été extrapolés à l'échelle pilote pour la fabrication d'extraits en poudre, indiquant que le procédé optimisé était très efficace pour récupérer la glucoraphanine avec une grande pureté même à grande échelle. Par conséquent, la présente étude a mis au point un procédé écologique efficace et industriellement viable pour la fabrication d'extraits de rejets industriels de brocoli. Le processus optimisé a fourni une voie alternative économiquement viable pour la valorisation de la récolte perdue qui nous rapproche de la sécurité alimentaire et la durabilité environnementale. / Le brocoli est une excellente source de composés nutraceutiques ayant de nombreux effets sur la santé tels que les propriétés anticancéreuses, anti-diabétiques, antioxydantes et antimicrobiennes. Les glucosinolates, les polyphénols, les vitamines, les minéraux et les fibres alimentaires sont les principales molécules présentes dans le brocoli. La production annuelle mondiale de brocoli est de 21 millions de tonnes. On estime que 35 à 40% des cultures horticoles sont perdues en raison de pratiques agricoles inadéquates, générant d'énormes quantités de déchets agricoles. Ces cultures perdues pourraient être utilisées comme matières premières pour l'extraction et la purification d'ingrédients bioactifs destinés à l'industrie nutraceutique et alimentaire. L'objectif principal de ce projet était de développer une technique économique et respectueuse de l'environnement pour la fabrication d'un extrait riche en glucoraphanine à partir de rejets industriels de brocoli, en fournissant une voie alternative pour sa valorisation. Ce travail se concentre principalement sur l'identification, la caractérisation et la quantification des glucosinolates et des polyphénols présents dans 10 lots rejetés de graines de brocoli et de résidus industriels de brocoli tels que les fleurons, les tiges et le mélange de fleurons et de tiges. De plus, le procédé d'extraction de la glucoraphanine a été optimisé en utilisant des solvants verts tels que l'éthanol et l'eau. En outre, la glucoraphanine provenant d'extraits de brocoli bruts a été purifiée en utilisant des résines échangeuses d'ions par une Méthodologie de Surface de Réponse, basé sur le Box-Behnken Design (BBD) et l'Analyse des Composants Principaux. Enfin, des expériences pilotes ont été réalisées en utilisant les paramètres optimisés pour vérifier leur adéquation pour une application industrielle. La caractérisation et la quantification simultanées par UPLC MS/MS ont indiqué la présence de 12 glucosinolates (principalement de la glucoraphanine) et de 5 polyphénols dans les sous-produits du brocoli. La teneur en glucosinolates variait de 0,2 à 2% de matière sèche (MS), tandis que les polyphénols étaient inférieurs à 0,02% de MS. L'abondance relative de la glucoraphanine dans les sous-produits du brocoli a fait un matériau de départ prometteur pour la fabrication de compléments alimentaires fonctionnels. De plus, un procédé d'extraction de la glucoraphanine écologique et à base de solvant a été optimisé pour les sous-produits de graines de brocoli et de fleurons. Un extracteur à agitation magnétique unique a maximisé l'extractibilité de la glucoraphanine. Les paramètres d'extraction optimisés étaient de 50% et 70% d'éthanol aqueux extraits pendant 60 et 30 minutes à 60 et 23°C pour les sous-produits de graines et de fleurons, respectivement, en utilisant un rapport matière/solvant de 1:20. Le procédé vert optimisé a donné un rendement de glucoraphanine de 55,5 g/kg MS de graines et de 4,3 g/kg MS de fleurons. Le procédé vert développé dans cette étude a fourni 37 et 81 fois plus d'extractibilité de la glucoraphanine que la technique analytique standard basée sur le méthanol. Enfin, un procédé de purification de la glucoraphanine respectueux de l'environnement et industriellement réalisable a été développé en utilisant des résines échangeuses d'ions par approche de surface de réponse pour les sous-produits de graines de brocoli et de fleurons. Un ensemble de 27 essais, 3 niveaux dans le BBD ont été proposés pour les résines cationiques et anioniques en série, pour maximiser les réponses du processus. La purification de la glucoraphanine à partir de l'extrait de graines de brocoli en utilisant une résine cationique a permis une récupération maximale de 94% et une pureté de 14% en utilisant 1:5 du rapport matière/résine pendant 91 min à 80 rpm/min. Dans le cas de la résine anionique, les variables expérimentales de 1:5, 140 min, 160 rpm/min et 7% d'hydroxyde d'ammonium dans de l'éthanol à 70% ont donné un rendement de 72% et une pureté de 37%. Alors que pour les rejets industriels de fleurons de brocoli, les paramètres optimisés pour la purification de la glucoraphanine étaient un ratio matière/résine de 1:1.87, un temps de contact de 30 min, une vitesse d'agitation de 80 rpm/min et un solvant d'élution de 100% eau. La purification subséquente de l'extrait cationique en utilisant la résine anionique a été réalisée en utilisant les paramètres expérimentaux optimisés du rapport matière/résine de 1:1.3 pendant 170 min à 140 rpm/min et éluée en utilisant 7% d'hydroxyde d'ammonium dans 70% d'éthanol, fournissant une récupération de 78% et pureté de 5%. Enfin, les paramètres du processus d'extraction et de purification optimisés à l'échelle du laboratoire ont été extrapolés à l'échelle pilote pour la fabrication d'extraits en poudre, indiquant que le procédé optimisé était très efficace pour récupérer la glucoraphanine avec une grande pureté même à grande échelle. Par conséquent, la présente étude a mis au point un procédé écologique efficace et industriellement viable pour la fabrication d'extraits de rejets industriels de brocoli. Le processus optimisé a fourni une voie alternative économiquement viable pour la valorisation de la récolte perdue qui nous rapproche de la sécurité alimentaire et la durabilité environnementale. / Le brocoli est une excellente source de composés nutraceutiques ayant de nombreux effets sur la santé tels que les propriétés anticancéreuses, anti-diabétiques, antioxydantes et antimicrobiennes. Les glucosinolates, les polyphénols, les vitamines, les minéraux et les fibres alimentaires sont les principales molécules présentes dans le brocoli. La production annuelle mondiale de brocoli est de 21 millions de tonnes. On estime que 35 à 40% des cultures horticoles sont perdues en raison de pratiques agricoles inadéquates, générant d'énormes quantités de déchets agricoles. Ces cultures perdues pourraient être utilisées comme matières premières pour l'extraction et la purification d'ingrédients bioactifs destinés à l'industrie nutraceutique et alimentaire. L'objectif principal de ce projet était de développer une technique économique et respectueuse de l'environnement pour la fabrication d'un extrait riche en glucoraphanine à partir de rejets industriels de brocoli, en fournissant une voie alternative pour sa valorisation. Ce travail se concentre principalement sur l'identification, la caractérisation et la quantification des glucosinolates et des polyphénols présents dans 10 lots rejetés de graines de brocoli et de résidus industriels de brocoli tels que les fleurons, les tiges et le mélange de fleurons et de tiges. De plus, le procédé d'extraction de la glucoraphanine a été optimisé en utilisant des solvants verts tels que l'éthanol et l'eau. En outre, la glucoraphanine provenant d'extraits de brocoli bruts a été purifiée en utilisant des résines échangeuses d'ions par une Méthodologie de Surface de Réponse, basé sur le Box-Behnken Design (BBD) et l'Analyse des Composants Principaux. Enfin, des expériences pilotes ont été réalisées en utilisant les paramètres optimisés pour vérifier leur adéquation pour une application industrielle. La caractérisation et la quantification simultanées par UPLC MS/MS ont indiqué la présence de 12 glucosinolates (principalement de la glucoraphanine) et de 5 polyphénols dans les sous-produits du brocoli. La teneur en glucosinolates variait de 0,2 à 2% de matière sèche (MS), tandis que les polyphénols étaient inférieurs à 0,02% de MS. L'abondance relative de la glucoraphanine dans les sous-produits du brocoli a fait un IV matériau de départ prometteur pour la fabrication de compléments alimentaires fonctionnels. De plus, un procédé d'extraction de la glucoraphanine écologique et à base de solvant a été optimisé pour les sous-produits de graines de brocoli et de fleurons. Un extracteur à agitation magnétique unique a maximisé l'extractibilité de la glucoraphanine. Les paramètres d'extraction optimisés étaient de 50% et 70% d'éthanol aqueux extraits pendant 60 et 30 minutes à 60 et 23°C pour les sous-produits de graines et de fleurons, respectivement, en utilisant un rapport matière/solvant de 1:20. Le procédé vert optimisé a donné un rendement de glucoraphanine de 55,5 g/kg MS de graines et de 4,3 g/kg MS de fleurons. Le procédé vert développé dans cette étude a fourni 37 et 81 fois plus d'extractibilité de la glucoraphanine que la technique analytique standard basée sur le méthanol. Enfin, un procédé de purification de la glucoraphanine respectueux de l'environnement et industriellement réalisable a été développé en utilisant des résines échangeuses d'ions par approche de surface de réponse pour les sous-produits de graines de brocoli et de fleurons. Un ensemble de 27 essais, 3 niveaux dans le BBD ont été proposés pour les résines cationiques et anioniques en série, pour maximiser les réponses du processus. La purification de la glucoraphanine à partir de l'extrait de graines de brocoli en utilisant une résine cationique a permis une récupération maximale de 94% et une pureté de 14% en utilisant 1:5 du rapport matière/résine pendant 91 min à 80 rpm/min. Dans le cas de la résine anionique, les variables expérimentales de 1:5, 140 min, 160 rpm/min et 7% d'hydroxyde d'ammonium dans de l'éthanol à 70% ont donné un rendement de 72% et une pureté de 37%. Alors que pour les rejets industriels de fleurons de brocoli, les paramètres optimisés pour la purification de la glucoraphanine étaient un ratio matière/résine de 1:1.87, un temps de contact de 30 min, une vitesse d'agitation de 80 rpm/min et un solvant d'élution de 100% eau. La purification subséquente de l'extrait cationique en utilisant la résine anionique a été réalisée en utilisant les paramètres expérimentaux optimisés du rapport matière/résine de 1:1.3 pendant 170 min à 140 rpm/min et éluée en utilisant 7% d'hydroxyde d'ammonium dans 70% d'éthanol, fournissant une récupération de 78% et pureté de 5%. Enfin, les paramètres du processus d'extraction et de purification optimisés à V l'échelle du laboratoire ont été extrapolés à l'échelle pilote pour la fabrication d'extraits en poudre, indiquant que le procédé optimisé était très efficace pour récupérer la glucoraphanine avec une grande pureté même à grande échelle. Par conséquent, la présente étude a mis au point un procédé écologique efficace et industriellement viable pour la fabrication d'extraits de rejets industriels de brocoli. Le processus optimisé a fourni une voie alternative économiquement viable pour la valorisation de la récolte perdue qui nous rapproche de la sécurité alimentaire et la durabilité environnementale. / Le brocoli est une excellente source de composés nutraceutiques ayant de nombreux effets sur la santé tels que les propriétés anticancéreuses, anti-diabétiques, antioxydantes et antimicrobiennes. Les glucosinolates, les polyphénols, les vitamines, les minéraux et les fibres alimentaires sont les principales molécules présentes dans le brocoli. La production annuelle mondiale de brocoli est de 21 millions de tonnes. On estime que 35 à 40% des cultures horticoles sont perdues en raison de pratiques agricoles inadéquates, générant d'énormes quantités de déchets agricoles. Ces cultures perdues pourraient être utilisées comme matières premières pour l'extraction et la purification d'ingrédients bioactifs destinés à l'industrie nutraceutique et alimentaire. L'objectif principal de ce projet était de développer une technique économique et respectueuse de l'environnement pour la fabrication d'un extrait riche en glucoraphanine à partir de rejets industriels de brocoli, en fournissant une voie alternative pour sa valorisation. Ce travail se concentre principalement sur l'identification, la caractérisation et la quantification des glucosinolates et des polyphénols présents dans 10 lots rejetés de graines de brocoli et de résidus industriels de brocoli tels que les fleurons, les tiges et le mélange de fleurons et de tiges. De plus, le procédé d'extraction de la glucoraphanine a été optimisé en utilisant des solvants verts tels que l'éthanol et l'eau. En outre, la glucoraphanine provenant d'extraits de brocoli bruts a été purifiée en utilisant des résines échangeuses d'ions par une Méthodologie de Surface de Réponse, basé sur le Box-Behnken Design (BBD) et l'Analyse des Composants Principaux. Enfin, des expériences pilotes ont été réalisées en utilisant les paramètres optimisés pour vérifier leur adéquation pour une application industrielle. La caractérisation et la quantification simultanées par UPLC MS/MS ont indiqué la présence de 12 glucosinolates (principalement de la glucoraphanine) et de 5 polyphénols dans les sous-produits du brocoli. La teneur en glucosinolates variait de 0,2 à 2% de matière sèche (MS), tandis que les polyphénols étaient inférieurs à 0,02% de MS. L'abondance relative de la glucoraphanine dans les sous-produits du brocoli a fait un matériau de départ prometteur pour la fabrication de compléments alimentaires fonctionnels. De plus, un procédé d'extraction de la glucoraphanine écologique et à base de solvant a été optimisé pour les sous-produits de graines de brocoli et de fleurons. Un extracteur à agitation magnétique unique a maximisé l'extractibilité de la glucoraphanine. Les paramètres d'extraction optimisés étaient de 50% et 70% d'éthanol aqueux extraits pendant 60 et 30 minutes à 60 et 23°C pour les sous-produits de graines et de fleurons, respectivement, en utilisant un rapport matière/solvant de 1:20. Le procédé vert optimisé a donné un rendement de glucoraphanine de 55,5 g/kg MS de graines et de 4,3 g/kg MS de fleurons. Le procédé vert développé dans cette étude a fourni 37 et 81 fois plus d'extractibilité de la glucoraphanine que la technique analytique standard basée sur le méthanol. Enfin, un procédé de purification de la glucoraphanine respectueux de l'environnement et industriellement réalisable a été développé en utilisant des résines échangeuses d'ions par approche de surface de réponse pour les sous-produits de graines de brocoli et de fleurons. Un ensemble de 27 essais, 3 niveaux dans le BBD ont été proposés pour les résines cationiques et anioniques en série, pour maximiser les réponses du processus. La purification de la glucoraphanine à partir de l'extrait de graines de brocoli en utilisant une résine cationique a permis une récupération maximale de 94% et une pureté de 14% en utilisant 1:5 du rapport matière/résine pendant 91 min à 80 rpm/min. Dans le cas de la résine anionique, les variables expérimentales de 1:5, 140 min, 160 rpm/min et 7% d'hydroxyde d'ammonium dans de l'éthanol à 70% ont donné un rendement de 72% et une pureté de 37%. Alors que pour les rejets industriels de fleurons de brocoli, les paramètres optimisés pour la purification de la glucoraphanine étaient un ratio matière/résine de 1:1.87, un temps de contact de 30 min, une vitesse d'agitation de 80 rpm/min et un solvant d'élution de 100% eau. La purification subséquente de l'extrait cationique en utilisant la résine anionique a été réalisée en utilisant les paramètres expérimentaux optimisés du rapport matière/résine de 1:1.3 pendant 170 min à 140 rpm/min et éluée en utilisant 7% d'hydroxyde d'ammonium dans 70% d'éthanol, fournissant une récupération de 78% et pureté de 5%. Enfin, les paramètres du processus d'extraction et de purification optimisés à l'échelle du laboratoire ont été extrapolés à l'échelle pilote pour la fabrication d'extraits en poudre, indiquant que le procédé optimisé était très efficace pour récupérer la glucoraphanine avec une grande pureté même à grande échelle. Par conséquent, la présente étude a mis au point un procédé écologique efficace et industriellement viable pour la fabrication d'extraits de rejets industriels de brocoli. Le processus optimisé a fourni une voie alternative économiquement viable pour la valorisation de la récolte perdue qui nous rapproche de la sécurité alimentaire et la durabilité environnementale. / Le brocoli est une excellente source de composés nutraceutiques ayant de nombreux effets sur la santé tels que les propriétés anticancéreuses, anti-diabétiques, antioxydantes et antimicrobiennes. Les glucosinolates, les polyphénols, les vitamines, les minéraux et les fibres alimentaires sont les principales molécules présentes dans le brocoli. La production annuelle mondiale de brocoli est de 21 millions de tonnes. On estime que 35 à 40% des cultures horticoles sont perdues en raison de pratiques agricoles inadéquates, générant d'énormes quantités de déchets agricoles. Ces cultures perdues pourraient être utilisées comme matières premières pour l'extraction et la purification d'ingrédients bioactifs destinés à l'industrie nutraceutique et alimentaire. L'objectif principal de ce projet était de développer une technique économique et respectueuse de l'environnement pour la fabrication d'un extrait riche en glucoraphanine à partir de rejets industriels de brocoli, en fournissant une voie alternative pour sa valorisation. Ce travail se concentre principalement sur l'identification, la caractérisation et la quantification des glucosinolates et des polyphénols présents dans 10 lots rejetés de graines de brocoli et de résidus industriels de brocoli tels que les fleurons, les tiges et le mélange de fleurons et de tiges. De plus, le procédé d'extraction de la glucoraphanine a été optimisé en utilisant des solvants verts tels que l'éthanol et l'eau. En outre, la glucoraphanine provenant d'extraits de brocoli bruts a été purifiée en utilisant des résines échangeuses d'ions par une Méthodologie de Surface de Réponse, basé sur le Box-Behnken Design (BBD) et l'Analyse des Composants Principaux. Enfin, des expériences pilotes ont été réalisées en utilisant les paramètres optimisés pour vérifier leur adéquation pour une application industrielle. La caractérisation et la quantification simultanées par UPLC MS/MS ont indiqué la présence de 12 glucosinolates (principalement de la glucoraphanine) et de 5 polyphénols dans les sous-produits du brocoli. La teneur en glucosinolates variait de 0,2 à 2% de matière sèche (MS), tandis que les polyphénols étaient inférieurs à 0,02% de MS. L'abondance relative de la glucoraphanine dans les sous-produits du brocoli a fait un matériau de départ prometteur pour la fabrication de compléments alimentaires fonctionnels. De plus, un procédé d'extraction de la glucoraphanine écologique et à base de solvant a été optimisé pour les sous-produits de graines de brocoli et de fleurons. Un extracteur à agitation magnétique unique a maximisé l'extractibilité de la glucoraphanine. Les paramètres d'extraction optimisés étaient de 50% et 70% d'éthanol aqueux extraits pendant 60 et 30 minutes à 60 et 23°C pour les sous-produits de graines et de fleurons, respectivement, en utilisant un rapport matière/solvant de 1:20. Le procédé vert optimisé a donné un rendement de glucoraphanine de 55,5 g/kg MS de graines et de 4,3 g/kg MS de fleurons. Le procédé vert développé dans cette étude a fourni 37 et 81 fois plus d'extractibilité de la glucoraphanine que la technique analytique standard basée sur le méthanol. Enfin, un procédé de purification de la glucoraphanine respectueux de l'environnement et industriellement réalisable a été développé en utilisant des résines échangeuses d'ions par approche de surface de réponse pour les sous-produits de graines de brocoli et de fleurons. Un ensemble de 27 essais, 3 niveaux dans le BBD ont été proposés pour les résines cationiques et anioniques en série, pour maximiser les réponses du processus. La purification de la glucoraphanine à partir de l'extrait de graines de brocoli en utilisant une résine cationique a permis une récupération maximale de 94% et une pureté de 14% en utilisant 1:5 du rapport matière/résine pendant 91 min à 80 rpm/min. Dans le cas de la résine anionique, les variables expérimentales de 1:5, 140 min, 160 rpm/min et 7% d'hydroxyde d'ammonium dans de l'éthanol à 70% ont donné un rendement de 72% et une pureté de 37%. Alors que pour les rejets industriels de fleurons de brocoli, les paramètres optimisés pour la purification de la glucoraphanine étaient un ratio matière/résine de 1:1.87, un temps de contact de 30 min, une vitesse d'agitation de 80 rpm/min et un solvant d'élution de 100% eau. La purification subséquente de l'extrait cationique en utilisant la résine anionique a été réalisée en utilisant les paramètres expérimentaux optimisés du rapport matière/résine de 1:1.3 pendant 170 min à 140 rpm/min et éluée en utilisant 7% d'hydroxyde d'ammonium dans 70% d'éthanol, fournissant une récupération de 78% et pureté de 5%. Enfin, les paramètres du processus d'extraction et de purification optimisés à l'échelle du laboratoire ont été extrapolés à l'échelle pilote pour la fabrication d'extraits en poudre, indiquant que le procédé optimisé était très efficace pour récupérer la glucoraphanine avec une grande pureté même à grande échelle. Par conséquent, la présente étude a mis au point un procédé écologique efficace et industriellement viable pour la fabrication d'extraits de rejets industriels de brocoli. Le processus optimisé a fourni une voie alternative économiquement viable pour la valorisation de la récolte perdue qui nous rapproche de la sécurité alimentaire et la durabilité environnementale. / Broccoli is an excellent source of nutraceutical compounds with many health effects such as anticancerous, anti-diabetic, antioxidant and anti-microbial properties. Glucosinolates, polyphenols, vitamins, minerals, dietary fibers are the most important molecules present in broccoli. The global annual production of broccoli is 21 million tons. It is estimated that 35-40% of the horticultural crops are lost due to inadequate agricultural practices, generating huge quantities of agro-waste. These lost crops, could be used as raw materials for the extraction and purification of bioactive ingredients for the nutraceutical and food industry. The main objective of this project was to develop an economical and environmental friendly technique for the fabrication of an extract rich in glucoraphanin from broccoli industrial discards, providing an alternative route for its valorization. This work predominantly focuses on the identification, characterization and quantification of glucosinolates and polyphenols present in 10 rejected lots of broccoli seeds and broccoli industrial residues such as florets, stalks and the mixture of florets and stalks. Additionally, the glucoraphanin extraction process was optimized using green solvents such as ethanol and water. Further, the glucoraphanin from crude broccoli extracts were purified using ion exchange resins by Response Surface Methodology, based on Box-Behnken Design (BBD) and Principle component analysis. Finally, pilot experiments were performed using the optimized parameters to verify their industrial applicability. The simultaneous characterization and quantification by UPLC MS/MS indicated the presence of 12 glucosinolates (predominantly glucoraphanin) and 5 polyphenols in broccoli by-products. The glucosinolates content varied from 0.2 to 2% dry weight (DW), whereas, the polyphenols were less than 0.02% DW. The relative abundance of glucoraphanin in broccoli by-products makes it a promising starting material for the fabrication of functional food supplements. Further, an eco-friendly, solvent based glucoraphanin extraction process was optimized for broccoli seeds and florets by-products. A single batch magnetically stirred extractor was found to maximize glucoraphanin extractability. The optimized extraction parameters were 50% and 70% aqueous ethanol extracted for 60 and 30 minutes at 60 and 23°C for seeds and florets by-products, respectively, using a feed to solvent ratio of 1:20. The optimized green process provided a glucoraphanin yield of 55.5 g/Kg DW seeds and 4.3 g/kg DW florets by-products. The green process developed in this study provided 37 and 81 times more glucoraphanin extractability than the standardized methanol based analytical technique. Finally, an environmental friendly and industrially feasible glucoraphanin purification process was developed using ion exchange resins by response surface approach for broccoli seeds and florets by-products. A 27 run, 3 level BBD, were proposed for cationic and anionic resins in series, to maximize the process responses. Glucoraphanin purification from broccoli seeds extract using cationic resin provided a maximal recovery of 94% and purity of 14% using 1:5 of feed to resin ratio for 30 min, at 80 rpm agitation speed and eluting solvent concentration of 100% water. For anionic resin, the experimental variables of 1:5, 140 min, 160 rpm and 7% ammonium hydroxide in 70% ethanol provided a process efficiency of 72% and a purity of 37%. Whereas, for broccoli florets industrial discards, the optimized process parameters for the purification of glucoraphanin were a feed to resin ratio of 1:1.87, contact time of 30 min, agitation speed of 80 rpm and eluting solvent of 100% water. Subsequent purification of the cationic extract using the anionic resin was performed using the optimized experimental parameters of feed to resin ratio of 1:1.3 for 170 min at 140 rpm and eluted using 7% ammonium hydroxide in 70% ethanol, providing a recovery of 78% and purity of 5%. Finally, the laboratory scale optimized extraction and purification process parameters was extrapolated onto the pilot scale for the fabrication of powdered extracts, indicated that the optimized process was highly efficient in recovering glucoraphanin with high purity even on large scale operation. Hence, the present study developed an efficient, industrially viable green process, for the fabrication of extracts from broccoli industrial discards. The optimized process provided an economically feasible alternative route for the valorization of the lost crop bringing us closer to food security and environmental sustainability.

Le brocoli (Brassica oleracea var. italica) est un légume devenu populaire grâce à ses caractéristiques nutritionnelles et bioctives qui sont associées entre autres à la prévention de certaines maladies chroniques. L'utilisation de stress abiotiques tels que UV-C comme traitement de pré-entreposage a montré un grand potentiel pour l'induction de la résistance aux maladies et la préservation de la qualité des produits frais, et il est de plus en plus évident qu'il existe un potentiel pour améliorer les métabolites secondaires. L'objectif de ce travail a été, d'abord, d'établir si divers stress abiotiques, UV-B, UV-C, la chaleur, l'ozone, le peroxyde d'hydrogène, l'éthanol, et méthyl jasmonate (MeJA), induisent le phénomène d’hormèse. L'effect de ces traitements sur certains paramètres associés à la qualité des fleurons de brocoli tels que: la couleur, la perte de poids, la teneur en glucosinolates et en composés phénoliques. La chaleur et l'éthanol ont été les meilleurs traitements pour le retarder le jaunissement des fleurons, mais UV-C et UV-B étaient également efficaces pour maintenir la couleur verte de fleurons dans l’entreposage. D'autre part, la capacité antioxydant des fleurons a été principalement renforcée par les traitements d’UV-B et de chaleur. Le paramètre le plus important dans cette recherche était la teneur en glucosinolates de fleurons qui a été influencé positivement par le traitement à l’ozone et au peroxyde d'hydrogène, et dans une moindre mesure par le traitement d’UV-B. Il a été conclu que les stress abiotiques peuvent influencer favorablement soit la qualité ou l’augmentation de glucosinolates dans les fleurons pendant l’entreposage, mais pas le deux. Parmi les agents stressants utilisés, la lumière UV-B a été le plus efficace à maintenir la qualité et à induire une augmentation des composantes phytochimiques dans le broccoli. / Broccoli (Brassica oleracea var. Italica) has become popular thanks to its health properties that are associated with the prevention of certain chronic diseases. The use of abiotic stresses such as UV-C as pre-storage treatment has shown great potential for induction of disease resistance in and preservation of quality of fresh produce, and it is becoming increasingly clear that there is potential for enhancing secondary metabolites. The objective of this work was, first, to establish whether various abiotic stresses, UV-B UV-C, heat, ozone, hydrogen peroxide, ethanol, and the plant signalling molecule, methyl jasmonate (MeJA), may induce hormesis in broccoli florets on color retention response; and second, to determine the effect of various abiotic stresses on quality, mainly color retention and weight loss; the contents of glucosinolates and phenolic compounds in florets during storage. Heat and ethanol were the best treatments for delaying yellowing florets, but UV-C and UV-B were also effective at a lower extent. On the other hand, the antioxidant capacity of the florets was mostly enhanced by UV-B and heat treatments. The most important enquiry in this research was the augmentation of glucosinolates titers, which was influenced by the treatment with ozone and hydrogen peroxide, and to a less extent by UV-B. It was concluded that abiotic stresses could influence favourably either the quality or the enhancement of glucosinolates in broccoli during storage and not both. Among the considered stressing factors, UV-B was the most effective for maintenance of quality as well as to elevate the levels of phytochemicals in broccoli.

Depuis longtemps les réactifs isothiocyanates (ITCs) sont largement utilisés dans le domaine de la bioconjugaison. Ces électrophiles forts réagissent avec les cystéines et les lysines des protéines pour former une liaison stable. Cette réactivité click permet de réaliser des marquages sélectifs ainsi que des fonctionnalisations de protéines. Cependant, les ITCs ne sont pas faciles à synthétiser et à isoler et leur stabilité ne permet pas une conservation optimale.Le but de ce projet est de développer le système enzymatique myrosinase-glucosinolate (MG) comme outil de conjugaison capable de former un ITC in situ. Le tandem MG est un mécanisme de défense des plantes de l’ordre des Brassicales bien connu. Dans ce système biochimique, la myrosinase opère comme thioglucosidase, en hydrolysant les glucosinolates (GLs), pour générer des ITCs. L’avantage de ce tandem enzymatique est de produire les ITCs à partir de précurseurs solubles dans l’eau, non toxiques, sous conditions douces.Afin d’explorer cet outil enzymatique, deux types de GLs non naturels ont été conçus. En raison de l’importance de l’interaction lectine-mannose dans les mécanismes d’adhésion bactérienne, nous avons conçu une petite librairie de GLs intégrant un mannoside. De cette façon il est possible d’étudier des lectines bactérienne (FimH). Le second type de glucosinolate est caractérisé par une deuxième fonction chimique, permettant de réaliser des réactions orthogonales.Le système MG a été évalué dans plusieurs approches de bioconjugaison telles que le marquage sélectif d’une lectine, la synthèse de néoglycoprotéines et la fonctionnalisation de nanoparticules. / Since many decades, Isothiocyanate (ITCs) reagents are widely used in bioconjugation approaches to create a stable bond onto the lysin and cysteine residues of proteins and peptides. Thanks to this click reaction it is possible to achieve a selective ligation or a high functionalization of proteins. On the others hand, isothiocyanates are not easy to prepare, to isolate, to store and most of the time insoluble in water.The aim of this work is to explore the myrosinase-glucosinolate (MG) enzymatic tandem as a ligation system, in order to release ITCs in-situ. The MG tandem is a well-known mechanism of defense in plants of the order Brassicales. In this biochemical system, myrosinase acts as a thioglucosidase, hydrolyzing glucosinolates (GLs) to liberate transient species that spontaneously form ITCs. The advantage of this enzymatic tandem is to generate ITCs from a stable non-toxic GLs precursor, soluble in water, using mild conditions.In order to develop this enzymatic tool, two kind of unnatural GLs were synthetized. Due to the important role of the mannoside-lectins interaction in the bacterial adhesion mechanism, at first, we designed a small library of GL bearing mannosides, in order to target and study the bacterial lectin FimH. The second kind of GL possess a chemical function allowing to study orthogonal reactions. After, the ability of the myrosinase to hydrolyze those unnatural GLs was investigated, as well their chemical reactivity.Then, the performances of the MG system was studied in different approaches of bioconjugation, such as: the synthesis of neoglycoproteins (NGPs), the site selective labeling of a lectin and the functionalization of gold nanoparticles. The feasibility of these strategies confirmed that the MG system can be used as an enzymatic tool in some bioconjugation approaches.

Les cultures intermédiaires multi-services (CIMS) implantées en interculture entre deux cultures de rente permettent de produire de nombreux services écosystémiques. Parmi les familles d’espèces utilisées comme CIMS, les crucifères réduisent efficacement la lixiviation de nitrate et de sulfate en captant l’azote (N) et le soufre (S) minéral du sol (services de piège à N et à S). Les crucifères ont aussi la capacité de contrôler les pathogènes via des composés biocides issus de l’hydrolyse de métabolites secondaires appelés glucosinolates (GSL). L’objectif de nos travaux de recherche est d’évaluer les performances en termes de services écosystémiques liés à l’azote, au soufre et au potentiel de bio-contrôle d’une grande diversité de mélanges bispécifiques de crucifères et de légumineuses en comparaison aux CIMS pures. Nous avons réalisé des expérimentations sur 2 sites contrastés (région de Toulouse et Orléans, France) et sur 2 années pour tester les performances de mélanges crucifère-légumineuse en comparaison aux espèces pures. Les espèces testées sont i) pour les crucifères : colza, moutarde blanche, moutarde brune, moutarde éthiopienne, navet, navette, radis, roquette, et ii) pour les légumineuses : trèfle Egyptien, trèfle incarnat, vesce commune, vesce pourpre, vesce velue, pois, soja, féverole et lupin blanc. Nos travaux de recherche montrent que les mélanges crucifère-légumineuse peuvent produire simultanément divers services écosystémiques avec un haut niveau d’expression, allant de 2/3 (production de GSL, engrais vert à N et S), à quasiment 100% (piège à N et S) du service produit par la famille d’espèce pure la plus performante. La concentration et les types de GSL ne changeant pas en mélanges, les interactions des crucifères avec leurs pathogènes restent identiques. Via une revue de littérature nous concluons également que le service de bio-contrôle des cultures pures de crucifères peut être maintenu en mélanges crucifère-légumineuse sur une grande diversité de pathogènes et adventices tout en réduisant les potentiels dis-services sur les auxiliaires et sur le cycle de l’azote. / Multi-services cover crops (MSCC) grown during fallow period between two cash crops provide various ecosystem services. Among species used as MSCC, crucifers can efficiently prevent nitrate and sulphate leaching by catching residual soil mineral nitrogen (N) and sulphur (S) afterthe preceding cash crop (N and S catch crop services). Crucifers also have a unique capacity to suppress pathogens due to the biocidal hydrolysis products of endogenous secondary metabolites called glucosinolates (GSL). The aim of our study was to assess the provision of various ecosystem services linked to N, S cycles and biocontrol potential for a wide range of bispecific crucifer-legume mixtures in comparison to sole cover crops of legume and crucifer. We carried out experiments in 2 contrasted sites (Toulouse and Orléans regions, France) during 2 years in order to assess these services and the compatibility of various bi-specific crucifer-legume mixtures. We tested a great diversity of species, such as i) crucifers : rape, white mustard, Indian mustard, Ethiopian mustard, turnip, turnip rape, radish and rocket, and ii) legumes: Egyptian clover, crimson clover, common vetch, purple vetch, hairy vetch, pea, soya bean, faba bean, and white lupin. Our study demonstrated that crucifer-legume mixtures can provide and mutualize various ecosystem services by reaching from 2 thirds (GSL production, S and N green manure) to the same level ofservice (N and S catch crop) than the best sole family of species. GSL profile and concentration did not change in mixtures meaning that crucifer-pests interactions were identical. Through a literature review we also illustrated that biocontrol services of crucifers could be largely maintained in crucifer-legume mixtures for a wide range of pathogens and weeds while reducing potential disservices on beneficials and increasing N related service