Etude de la coacervation complexe de biopolymères d’origine végétale pour l’élaboration de systèmes d’encapsulation à libération contrôlée d’actifs lipophiles

Study of the complex coacervation of plant biopolymers for the development of encapsulation systems with controlled release of a lipophilic active ingredient

• Auteur / Autrice : Jérémy Carpentier
• Direction : Thierry Maugard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Valorisation chimique et biologique des agro-ressources
• Date : Soutenance le 23/06/2021
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Euclide (La Rochelle ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Littoral, Environnement et Sociétés (La Rochelle)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Dhulster
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Maugard, Pascal Dhulster, Pascal Degraeve, Didier Le Cerf, Ingrid Arnaudin-Fruitier, Jean-Eudes Vendeville, Carine Chaigneau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Degraeve, Didier Le Cerf

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effet retard

Médicaments -- Lipophilie

Polysaccharides

Séchage

Atomisation

Microencapsulation

Polymères végétaux

Mots clés libres

Protéines végétales

Polysaccharides

Coacervation complexe

Interactions électrostatiques

Α-tocophérol

Emulsion

Séchage par atomisation

MEB

Relargage

Plant proteins

Polysaccharides

Complex coacervation

Electrostatic interactions

Α-tocophérol

Emulsion

Spray drying

SEM

Release

Résumé

Ce travail de thèse repose sur l’étude de la coacervation complexe entre des biopolymères d’origine végétale (protéines de pois et polysaccharides chargés) appliquée à la microencapsulation et le relargage contrôlé d’un actif liposoluble (α-tocophérol). Les systèmes d’encapsulation ont été formulés à partir de quatre couples de protéines-polysaccharides d’origine végétale : les protéines de pois associées à la gomme adragante, la gomme arabique, l’alginate de sodium et la gomme tara. Dans une première partie est décrite l’influence de la nature du polysaccharide (chargé négativement ou non) sur le comportement en phase associative du couple protéine-polysaccharide ainsi que les facteurs physico-chimiques optimaux (pH, ratio) favorisant la coacervation complexe du couple. Les paramètres optimaux ont ainsi été déterminés pour chacun des couples. La seconde partie s’est concentrée sur la formulation de microsphères permettant l’encapsulation de l’α-tocophérol à partir d’une matrice composée des coacervats complexes étudiés précédemment. Cette partie fait l’objet dans un premier temps d’une étude sur l’influence du couple protéine-polysaccharide et de ces facteurs sur la qualité de l’encapsulation de l’actif émulsionné. Dans un second temps, l’influence du couple protéine-polysaccharide des solutions séchées par atomisation est étudiée sur la formation des microsphères, leurs propriétés de surface et la libération de l’α-tocophérol dans des milieux de digestion simulés. Le potentiel gastroprotecteur de la gomme adragante en association avec les protéines de pois a été mis en évidence en fonction du ratio utilisé. Une évolution du comportement de relargage de l’actif des microsphères en fonction du rapport protéine/polysaccharide a également été observée. Ce travail a permis une meilleure compréhension des mécanismes permettant la formation de coacervats complexes à partir de biopolymères d’origine végétale et leur capacité à encapsuler et libérer de manière contrôlée un substance active.

This work is based on the study of the complex coacervation of plant biopolymers applied to microencapsulation for the controlled release of a lipophilic active ingredient (α-tocopherol). The encapsulation systems were formulated through four plant-based protein/polysaccharides couples: pea proteins associated with respectively tragacanth gum, gum arabic, sodium alginate and tara gum. The first part describes the influence of the polysaccharide features (negatively charged or not) on their behavior in the associative phase, as well as the optimal physicochemical factors (pH, ratio) promoting the complex coacervation of the couple. The second part focuses on the formulation of microspheres allowing the encapsulation of α-tocopherol from a matrix composed of the different combinations of the complex coacervates studied previously. To begin with, the effects of the protein-polysaccharide couple and the physicochemical factors on the encapsulation quality of the emulsified active ingredient were studied in solution. Then, the solutions were spray-dried to study the formation of microspheres, their surface properties and the release of α-tocopherol in simulated digestion media. The gastroprotective potential of tragacanth gum in combination with pea proteins has been established at given ratios. An evolution of the release behavior of microencapsulated α-tocopherol according to the protein/polysaccharide ratio was also observed. This work has enabled a better understanding of the mechanisms allowing the formation of complex coacervates from plant biopolymers, and their ability to encapsulate and release an active substance in a controlled manner.