Utilisation de gomme de luzerne et de lin en tant que co-structurant de cryogels probiotiques

Study of Alfalfa and Flaxseed Gums as Co-structurants in Probiotic Cryogel Scaffolds

• Auteur / Autrice : Thierry Hellebois
• Direction : Claire Gaiani, Christos Soukoulis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie biotechnologique et alimentaire
• Date : Soutenance le 24/11/2023
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Luxembourg Institute of Science and Technology
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'ingénierie des biomolécules (Vandoeuvre-les-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Tatiana Budtova
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Gaiani, Christos Soukoulis, Serafim Bakalis, Denis Renard, Fang Zhong
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Serafim Bakalis, Denis Renard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrocolloïdes

Protéines du lait

Cellules -- Adhésivité

Encapsulation (chimie)

Lactobacilles

Mucilages

Mots clés libres

Cryogel

Mucilage

Lactobacilli

Encapsulation

Adhésion cellulaire

Protéines de lait

Cryogel

Mucilage

Lactobacilli

Encapsulation

Cell adhesion

Milk proteins

Résumé

Dans l'univers en constante expansion des compléments alimentaires, l'incorporation de cellules probiotiques vivantes présente divers défis principalement en ce qui concerne leur stabilité tout au long du cycle de vie du produit, c'est-à-dire lors de la production, du stockage et pendant leur digestion. Cette étude doctorale a utilisé des fibres alimentaires solubles isolées de la luzerne et du lin pour renforcer les compléments alimentaires formulés à base de protéines de lait enrichis en probiotiques utilisant la souche Lacticaseibacillus rhamnosus GG (LGG). L'étude présente une méthode innovante d'extraction de gommes, utilisant une déprotéinisation induite par précipitation isoélectrique combinée à une précipitation des gommes induites par solvant. Une caractérisation approfondie des gommes extraites a révélé leurs propriétés moléculaires et techno-fonctionnelles. En particulier, un nouveau type de galactomannane de luzerne a montré des similitudes avec la gomme de fenugrec, suggérant son potentiel d'interchangeabilité. L'interaction entre les gommes et les protéines a été évaluée lors de la digestion simulée in vitro, révélant que des interactions complexes influençaient les vitesses de digestion des protéines. Bien que l'ajout de gomme ait augmenté la viscosité des mélanges digestifs, cela a également impacté l'agrégation des protéines induite par l'acidité, accélérant leur protéolyse. Enfin, les cryogels ont été explorés comme méthode alternative pour l'encapsulation de probiotiques. Lors de la production et du stockage, il a été montré que la composition protéique était le facteur principal pour la préservation de la viabilité bactérienne. Lors de l'exposition aux fluides digestifs gastriques, les probiotiques ont montré une stabilité accrue grâce à leurs encapsulations au sein de la structure des cryogels. Leur libération contrôlée dans les fluides intestinaux a été observée suite à l'hydrolyse complète des protéines. De plus, l'inclusion de gommes, en particulier la gomme de lin, a amélioré l'adhésion bactérienne sur un épithélium intestinal simulé in vitro, suggérant leur potentiel pour promouvoir des bienfaits pour la santé. Dans l'ensemble, cette recherche a démontré les divers avantages des gommes issues de graines et l'importance du choix des protéines dans la conception de compléments alimentaires probiotiques, de l'extraction et la caractérisation à leur interaction avec les protéines et leur rôle dans les systèmes d'encapsulation de probiotiques.

In the ever-growing realm of health-promoting food supplements, incorporating living probiotic cells presents various challenges, predominantly concerning their stability throughout the product lifecycle, i.e. production, storage, and digestion. This PhD research employed soluble dietary fibres isolated from alfalfa (Medicago sativa L.) and flax (Linum usitatissimum L.) seeds to fortify milk-protein (sodium caseinate and whey proteins) xero-scaffolds embedding Lacticaseibacillus rhamnosus GG (LGG) probiotic cells. The research details an innovative gum extraction method for isolating dietary fibres, using isoelectric combined with solvent-induced precipitation. Extensive characterisation of the extracted gums revealed significant insights into their molecular and technofunctional properties. In particular, a novel galactomannan from alfalfa seeds showcased similarities with fenugreek gum, hinting at its potential interchangeability. The interplay between gums and proteins was evaluated during in vitro digestion, revealing complex interactions that influenced protein digestion rates. While the addition of gum increased the viscosity of digestive mixtures, it also impacted the acid-induced aggregation of proteins, accelerating the proteolysis. Lastly, cryogels were explored as an alternative method for delivering probiotics. During cryogels' production and storage, it was observed that the viability of LGG was predominantly dictated by the protein composition, rather than the presence of gum. Upon exposure to gastric digestive fluids, the probiotics exhibited enhanced stability as the LGG cells remained largely shielded within the cryogel structures followed by a controlled bacterial release in the intestine fluids. Notably, the inclusion of gums, especially flaxseed gum, improved bacterial adhesion on an in vitro gut epithelium, suggesting their potential in promoting sustained health benefits. Overall, this research demonstrated the multifaceted benefits of plant seed gums and the importance of the protein selection in designing of probiotic food supplements, from extraction and characterisation to their interplay with proteins and their role in probiotic delivery systems.