Développement de solutions associant solvants eutectiques profonds et cyclodextrines pour la solubilisation d’huiles essentielles et d’arômes

Development of solutions combining deep eutectic solvents and cyclodextrins for the solubilization of essential oils and aromas

• Auteur / Autrice : Lamia Nakhle
• Direction : David Landy, Hélène Greige-Gerges
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie. Chimie organique, minérale, industrielle
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• Etablissement(s) : Littoral en cotutelle avec Université Libanaise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de chimie environnementale et interactions sur le vivant - Unité de Chimie Environnementale et Interactions sur le Vivant / UCEIV
• Partenaire(s) de recherche : Financeur : Conseil National de la Recherche scientifique (Liban)
• Jury : Président / Présidente : Digambara Patra
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Véronique Nardello-Rataj, Joseph Saab, Miriana Kfoury, Ahmad Rifai
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Véronique Nardello-Rataj, Joseph Saab

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chromatographie en phase gazeuse

Titrage calorimétrique isotherme

Huiles essentielles

Solvants éco-compatibles

Eutectiques

Cyclodextrines

Mots clés libres

Cyclodextrines

Solvants eutectiques profonds

Huiles essentielles

Arômes

Technique d'espace de tête

Calorimétrie de titration isotherme

Cyclodextrins

Deep eutectic solvents

Essential oils

Aromas

Headspace technique

Isothermal titration calorimetry

Résumé

Les huiles essentielles et les arômes sont des molécules d'origine naturelle largement utilisées dans différentes industries en raison de leurs activités biologiques diverses. Cependant, leur faible solubilité et forte volatilité limitent parfois leur application. Les solvants eutectiques profonds (Deep eutectic solvents, DESs) sont des solvants verts présentant un fort potentiel en tant qu'alternative aux solvants organiques pour la solubilisation des molécules hydrophobes. Les cyclodextrines (CDs) sont des molécules cages naturelles largement employées pour l'amélioration de la solubilité aqueuse de molécules encapsulées. Ce travail vise à développer de nouvelles formulations combinant DESs, eau et CDs, en variant la teneur en eau, le type de DES, le ratio molaire des constituants du DES, ainsi que la nature de la CD (native, modifiée ou polymère de CDs). Ces formulations ont été caractérisées par des mesures de densité, viscosité et polarité. Leur capacité de solubilisation a été évaluée en mesurant la réduction de la volatilité d'une huile essentielle modèle E. citriodora. Les résultats ont permis de définir une formulation optimale, chlorure de choline:urée DES:eau 70:30 % (m/m) en présence de CDs, qui a été utilisée pour la solubilisation de vingt huiles essentielles et vingt-et-un arômes. De plus, les complexes CD/arôme ont été caractérisés dans cette formulation par différentes techniques analytiques (espace de tête-statique couplée à la chromatographie en phase gazeuse, résonnance magnétique nucléaire et calorimétrie de titration isotherme). Des études de calorimétrie de titration isotherme menées sur un système de complexation modèle β-CD/adamantanol ont permis de caractériser les propriétés thermodynamiques du phénomène de complexation au sein d'une formulation DES:eau. Les résultats de ce travail montrent que ces nouvelles formulations possèdent des performances prometteuses dans la solubilisation des composés hydrophobes.

Essential oils and aromas are natural molecules that are widely used in different industries due to their diverse biological activities. However, their low solubility and high volatility limit sometimes their application. Deep eutectic solvents (DESs) are green solvents with great potential as an alternative to organic solvents for the solubilization of hydrophobic molecules. Cyclodextrins (CDs) are natural cage molecules widely used for the improvement of the aqueous solubility of encapsulated guests. This work aims to develop new formulations by combining DESs, water and CDs, by varying the water content, the type of DES, the molar ratio of the DES constituents, as well as the nature of the CD (native, modified or polymer of CDs). These formulations were characterized by density, viscosity and polarity measurements. Their solubilization capacity was evaluated by measuring the volatility reduction of a model essential oil E. Citriodora. The results allowed to define an optimal formulation, choline chloride:urea DES:water 70:30 wt% in the presence of CDs, which was used for the solubilization of twenty essential oils and twenty-one aromas. In addition, the CD/aroma complexes were characterized in this formulation by different analytical techniques (headspace static-gas chromatography, nuclear magnetic resonnance and isothermal titration calorimetry). Isothermal titration calorimetry studies conducted on a model inclusion complex system β-CD adamantanol have allowed the characterization of the thermodynamic properties of the complexation phenomenon within a DES:water formulation. The result of this work show that these new formulations possess promising performance in the solubilization of hydrophobic compounds.