Antimicrobiens naturels encapsulés par coacervation complexe : compréhension des mécanismes moléculaires

Natural antimicrobials encapsulated by complex coacervation : understanding of molecular mechanisms

• Auteur / Autrice : Wei Liao
• Direction : Adem Gharsallaoui, Abdelhamid Elaissari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des aliments
• Date : Soutenance le 26/09/2022
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Automatique, de Génie des Procédés et de génie Pharmaceutique (Lyon)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Noëlle Maillard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Adem Gharsallaoui, Abdelhamid Elaissari, Amane Jada, Laura Sanchez-Gonzalez, Isabelle Capron, Émilie Dumas, Christophe Viton
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Amane Jada, Laura Sanchez-Gonzalez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoémulsions

Aliments -- Biotechnologie

Agents anti-infectieux

Biopolymères

Mots clés libres

Caséinate de sodium

Pectine faiblement méthylée

Stabilité de l'émulsion

Antimicrobiens

Propriétés interfaciales

Interfaces multicouches

Sodium caseinate

Low methoxyl pectin

Emulsion stability

Antimicrobials

Interfacial properties

Multilayered interfaces

Résumé

Les systèmes émulsionnés de type huile dans eau (H/E) à base de protéines sont largement utilisés en industrie alimentaire en raison de leurs bonnes propriétés amphiphiles, fonctionnelles, nutritionnelles ainsi que leur disponibilité dans le commerce. Cependant, leur application reste difficile dans certaines conditions environnementales, telles qu'un pH acide, une force ionique élevée et une température de stockage élevée. Les quatre premières parties de cette thèse se sont concentrées sur la préparation de nanoémulsions stables en utilisant différents biopolymères en combinaison avec des agents antimicrobiens alimentaires et naturels, pour atteindre l'activité antibactérienne cible. L'effet de la taille des gouttelettes d’huile sur la stabilité et l'activité antibactérienne des nanoémulsions a été tout d’abord étudié. Dans la deuxième partie, l'effet de l'ajout de la pectine faiblement méthylée (LMP) sur la stabilité physicochimique des nanoémulsions stabilisées par le caséinate de sodium (CAS) sous certaines conditions (force ionique élevée, pH acide, cycles de gel-dégel, températures élevées et oxydation accélérée) a été évalué. Parallèlement, l'effet du pH sur la cinétique d'adsorption et la rhéologie interfaciale des complexes CAS/LMP à l'interface huile-eau a été étudié. Pour comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans les fonctionnalités de nos systèmes d’encapsulation, les interactions entre le CAS et les deux aldéhydes utilisés, le citral et le trans-cinnamaldéhyde (TCA), ont été évaluées via l’étude des propriétés interfaciales et des mesures d'extinction de la fluorescence. L'extinction de la fluorescence du CAS induite par le TCA a été analysée par l'équation de Stern-Volmer et l'équation de Van't Hoff pour obtenir la constante d’interaction ainsi que les paramètres thermodynamiques de ces interactions. Dans la dernière partie, le mécanisme de formation des émulsions multicouches a été étudié par calorimétrie à titrage isotherme et par diffusion dynamique de la lumière. Dans l'ensemble, ce travail de recherche ouvrirait plus de possibilités pour l’élaboration d'émulsions H/E à base de protéines.

Protein based oil in water (O/W) emulsion systems have been widely used in the food industry due to their good amphiphilic properties, healthy, nutritious, and commercial availability. However, their application remains challenging under certain environmental conditions, such as acidic pH, high ionic strength, and high storage temperature. The first four sections of this thesis focused on the preparation of stable nanoemulsions by using different biopolymers in combination with natural food antimicrobial agents, to attain the target antibacterial activity. The effects of droplet size and carrier oil nature on the stability and antibacterial activity of nanoemulsions were investigated. In the second part, the effect of adding low methoxyl pectin (LMP) on the physicochemical stability of sodium caseinate (CAS)-stabilized nanoemulsions under certain conditions (high ionic concentration, acidic pH, freeze-thaw cycles, high temperatures, accelerated oxidation) was evaluated. Meanwhile, the effect of pH on the adsorption kinetics and interfacial dilatational rheology of CAS/LMP complexes at the oil-water interface was studied. In the next section, to understand the molecular mechanisms involved in the functionalities of our encapsulated system, the interactions between CAS and two used aldehydes, citral and trans-cinnamaldehyde (TCA), was carried out by interfacial properties and fluorescence quenching measurements. The quenching of CAS induced by TCA was further analyzed by the Stern-Volmer equation and the Van't Hoff equation to obtain the binding constant and the thermodynamic parameters of binding. In the final section, the mechanism of the formation of multilayer emulsions was investigated and compared by isothermal titration calorimetry and dynamic light scattering. Overall, this research work would improve the control of O/W protein-based emulsified products.