Bioguidage d'un procédé membranaire pour l'amélioration du potentiel santé d'un concentré d'agrumes enrichi en caroténoïdes dans le cadre de la prévention du syndrome métabolique

Bioguiding a membrane process for the improvement of the health potential of a carotenoid-enriched citrus concentrate for the prevention of metabolic syndrome

• Auteur / Autrice : Sophie Di Corcia
• Direction : Manuel Dornier, Claudie Dhuique-Mayer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Agroressources, procédés, aliments, bioproduits
• Date : Soutenance le 16/02/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Qualisud (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Aude Vernhet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne-Laure Fanciullino
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Isabelle Niot, Laurent Bazinet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Jus d'agrumes

Caroténoïdes

Membranes (technologie)

Ultrafiltration

Mots clés libres

Microfiltration tangentielle

Stabilisation haute pression

Jus d'agrumes

Bioaccessibilité des caroténoïdes

Syndrome métabolique

Crossflow micofiltration

High-Pressure stabilization

Citrus juices

Carotenoid bioaccessibility

Metabolic syndrome

Résumé

Les agrumes sont des sources importantes de caroténoïdes provitaminiques A tel que la β-cryptoxanthine ou le β-carotène mais aussi d’autres caroténoïdes non-provitaminiques comme le lycopène. Ces microconstituants contribuent avec les flavonoïdes, les vitamines, minéraux et les fibres au bénéfice santé des agrumes. Dans ce contexte, ces travaux de thèse portent sur l’optimisation des effets santé de nouveaux concentrés d’agrumes enrichis en caroténoïdes en modulant leur procédé d’élaboration. Dans un premier temps, le travail s’intéresse à un procédé complet se basant sur de la microfiltration tangentielle couplée à d’autres opérations unitaires telles que la liquéfaction enzymatique, la diafiltration et la pasteurisation. L’impact des paramètres opératoires de toutes ces opérations unitaires est étudié. La stratégie innovante consiste à guider et optimiser le procédé en prenant en compte la bioaccessibilité des caroténoïdes des concentrés d’agrumes. Un plan d’expérience de criblage (Plackett-Burmann) est réalisé pour sélectionner les 7 paramètres opératoires les plus influents sur la bioaccessibilité des caroténoïdes reflétant la qualité nutritionnelle. Une fois sélectionnés, leurs effets sont évalués afin de trouver les conditions opératoires garantissant la meilleure bioaccessibilité des caroténoïdes tout en maintenant des performances satisfaisantes au niveau du procédé. Le traitement enzymatique est l’étape la plus influente sur la bioaccessibilité des caroténoïdes mais aussi sur les performances du procédé. La dose d’enzyme a des effets antagonistes sur la bioaccessibilité des caroténoïdes (effet négatif) et sur les performances du procédé (effet positif). Une dose de 50 µL.kg-1 permet d’obtenir le meilleur compromis entre la qualité nutritionnelle et les performances du procédé en fixant les 6 autres paramètres en faveur de la bioaccessibilité des caroténoïdes. Dans un deuxième temps, l’impact de la stabilisation par haute pression (voies isostatique et dynamique) sur la bioaccessibilité des caroténoïdes du concentré optimisé est évalué afin d’aboutir à un concentré au potentiel nutrition-santé optimal. Pour cela, les paramètres opératoires optimaux sélectionnés dans la partie précédente sont appliqués et la microfiltration est menée à un facteur de réduction massique égal à 8. L’application des hautes pressions ne diminue pas les teneurs en caroténoïdes et augmente leur bioaccessibilité. La voie dynamique permet de doubler la bioaccessibilité des caroténoïdes en comparaison avec la voie isostatique. Enfin, à partir du concentré optimisé et stabilisé obtenu, les effets santé impliqués dans la prévention du syndrome métabolique (Smet)et diabète de type 2 (DT2) sont évalués chez le rat, modèle de Smet/DT2 induit par fructose. La consommation de ce concentré permet de réduire les pathologies liées au Smet/dt2. En effet il améliore la régulation de la glycémie, diminue la dyslipidémie et favorise la bioconversion des caroténoïdes en vitamine A. Ce produit à base d'agrumes pourrait être intégré en quantités appropriées, dans un régime alimentaire en tant qu'aliments à forte densité nutritionnelle.

Citrus fruits are important sources of provitamin A carotenoids such as β-cryptoxanthin or β-carotene but also of other non-provitamin carotenoids like lycopene. These microconstituents contribute with flavonoids, vitamins, minerals and fibers to the health benefits of citrus fruits. In this context, this thesis work focuses on the optimization of the health effects of new citrus concentrates enriched with carotenoids by modulating their processing. In a first step, the work focuses on a complete process based on tangential microfiltration coupled with other unitary operations such as enzymatic liquefaction, diafiltration and pasteurization. The impact of the operating parameters of all these unit operations is studied. The innovative strategy consists in guiding and optimizing the process by taking into account the carotenoid bioaccessibility in citrus concentrates. A screening experimental design (Plackett-Burmann) is carried out to select the 7 most influential operating parameters on the carotenoids bioaccessibility reflecting nutritional quality. Once selected, their effects are evaluated in order to find the operating conditions that guarantee the best carotenoid bioaccessibility while maintaining satisfactory process performance. Enzyme treatment is the most influential step on the bioaccessibility of carotenoids but also on the process performance. The enzyme dose has antagonistic effects on carotenoid bioaccessibility (negative effect) and on process performance (positive effect). A dose of 50 µL.kg-1 provides the best compromise between nutritional quality and process performance by setting the other 6 parameters in favour of carotenoid bioaccessibility. Secondly, the impact of high-pressure stabilization (isostatic and dynamic ways) on the carotenoid bioaccessibility in the optimized concentrate is evaluated in order to obtain a concentrate with optimal nutritional and health potential. For this purpose, the optimal operating parameters selected in the previous section are applied and the microfiltration is conducted at a mass reduction factor of 8. The application of high-pressure does not decrease the carotenoid contents but increases their bioaccessibility. The dynamic way doubles the carotenoid bioaccessibility compared to the isostatic way. Finally, from the optimized and stabilized concentrate obtained, the health effects involved in the prevention of metabolic syndrome (Smet) and type 2 diabetes (T2D) are evaluated in the rat model of Smet/T2D induced by fructose. Consumption of this concentrate reduces the pathologies linked to Smet/T2D. Indeed, it improves glycaemia regulation, reduces dyslipidemia and promotes the bioconversion of carotenoids into vitamin A. This citrus-based product could be incorporated in appropriate quantities into a diet as a nutrient-dense food.