Extraction verte de stilbènes issus des produits secondaires de la vigne et l'effet de l'utilisation de ces extraits sur la qualité des baies de raisin

Green extraction of vine stilbenes and effect of stilbenoid extracts from viticulture by-products on grape quality

• Auteur / Autrice : Wiktoria Serafin
• Direction : Karen Gaudin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Oenologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Oenologie
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Molécules d'Interet Biologique

Mots clés

Mots clés libres

NaDES

Vigne

Extraction

Stilbènes

Chimie verte

NaDES

Vine

Extraction

Stilbenes

Green chemistry

Résumé

Les stilbènes sont des composés végétaux au potentiel d'utilisation important en médecine, en diététique, en cosmétologie ou en phytosanitaire. Ces composés sont principalement connus pour leurs propriétés antioxydantes, anticancéreuses, antimicrobiennes, anti-inflammatoires, neuroprotectrices et antidiabétiques. La vigne est une source importante de stilbènes. La vigne nécessite une taille annuelle des sarments pour maintenir une croissance optimale et une bonne qualité des fruits. Par conséquent, chaque année, la récolte des sarments génère une quantité importante de matières végétales traitées comme déchets. Parmi ces déchets se trouvent les sarments qui, après avoir été coupés, sont généralement compostés ou brûlés. Cependant, il est possible de valoriser les sarments de vigne comme une riche source de composés polyphénoliques naturels aux multiples applications, notamment comme agents phytosanitaires naturels. L'obtention de stilbènes présente néanmoins de nombreuses difficultés. Les méthodes d'extraction développées jusqu'à présent consomment de grandes quantités de solvants souvent non écologiques, nécessitent des températures élevées ou présentent une faible efficacité en termes de rendement ou de sélectivité. La science s'oriente désormais vers une chimie verte et durable, y compris dans le domaine de l'extraction. Les NADES constituent une variété de solvants verts, biodégradables et aux propriétés modulables. Les NADES sont constitués de donneurs et d'accepteurs de liaisons hydrogène et ont un point de fusion plus bas que n'importe lequel de leurs composés initiaux. Ils présentent un potentiel d'extraction efficace des polyphénols, dont les stilbènes, ainsi que de formulation de molécules actives. L'extraction par fluide supercritique est une autre approche verte pour l'obtention de molécules bioactives. Il utilise du CO₂ supercritique, qui combine les propriétés bénéfiques du gaz et du liquide, lesquelles peuvent être ajustées par l'utilisation de divers cosolvants. Les extraits riches en stilbénoïdes pourraient être utilisés comme biopesticides naturels contre les maladies fongiques dans les vignobles. Cependant, les connaissances sur les effets des applications d'extraits de stilbénoïdes sur la qualité du raisin et du vin sont limitées. La compréhension de ces effets est une étape cruciale pour le développement de biopesticides à base de stilbénoïdes destinés à la viticulture. L'objectif du projet s'articule autour de deux axes principaux : le développement d'une méthode d'extraction écologique efficace pour l'extraction des stilbènes à partir de sous-produits de la vigne, et l'évaluation de l'impact de l'application d'extraits verts riches en stilbénoïdes comme biopesticides aux vignes à différents stades de maturation, sur la qualité des raisins à la vendange. Pour atteindre cet objectif, deux approches écologiques sont envisagées : les extractions NADES et au CO2 supercritique. Différents composants verts, leurs propriétés physico-chimiques et donc leur potentiel en tant qu'agents d'extraction, ainsi que les méthodes de préparation et les conditions d'extraction des NADES, seront optimisés. Ensuite, des extraits de cannes riches en stilbénoïdes seront appliqués directement aux raisins et leur qualité sera évaluée après traitement. Les résultats du projet devraient apporter des éclairages précieux sur le développement d'une méthode durable d'extraction des stilbènes et la valorisation des sous-produits viticoles (par exemple, les cannes), tout en réduisant la dépendance aux pesticides chimiques dans les vignobles grâce à l'utilisation d'extraits respectueux de l'environnement.

Stilbenes are plant compounds with a broad potential for use in medicine, dietetics, cosmetology, or plant protection. These compounds are known mainly for their antioxidant, anti-cancer, antimicrobial, anti-inflammatory, neuroprotective, and anti-diabetic properties. One of the rich sources of stilbenes are vine plants. Vine require annual pruning of canes to maintain their proper growth and good fruit quality. Therefore, each year, vine plant harvesting generates a massive amount of plant material treated as waste. One of them is vine canes, which, after being cut, are usually composted or burnt. However, it is possible to valorize vine canes as a rich source of natural polyphenolic compounds with many applications, including their potential as natural plant protection agents. Obtaining stilbenes involves nonetheless many difficulties. Extraction methods developed so far show the consumption of high amounts of often non-ecological solvents, require high temperatures, or present low efficiency in yield or selectivity. Science is now turning towards sustainable, green chemistry, also in the field of extraction. A variety of green solvents is constituted by NADES which are biodegradable and have tunable properties. NADES are made of hydrogen bond donors and acceptors and have a lower melting point than any of their initial compounds. They carry a potential to be effective extractant of polyphenols, including stilbenes, as well as a formulant of active molecules. Supercritical fluid extraction is another green approach for obtaining bio-active molecules. It uses supercritical CO2, which combines beneficial properties of gas and liquid, which can be additionally adjusted by use of various co-solvents. Extracts rich in stilbenoids have a potential to be used as natural biopesticides against fungal diseases in the vineyards. However, there is a limited knowledge about the effects of stilbenoid extract applications on grape and wine quality. Understanding these effects is a crucial step toward developing stilbenoid-based biopesticides for vineyard use. The objective of the project consists of two main points: development of efficient, green extraction method for stilbenes extraction from vine by-products, and an assessment of the impact of applying green, stilbenoid-rich extracts as biopesticides to grapevines at different stages of grape ripening, on the quality of grapes at harvest. To reach this objective, two green approaches are envisaged: NADES and supercritical CO2 extractions. Different green components, their physio-chemical properties and thus potential as extractants, as well as NADES preparation methods and extraction conditions will be optimized. Then, chosen cane extracts rich in stilbenoids will be applied directly to grapes, and their quality will be evaluated following the treatment. The results of the project are expected to provide valuable insights into development of sustainable stilbenes extraction method and valorisation of viticulture by-products (e.g., canes) while reducing the reliance on chemical pesticides in vineyards by the use of environmentally friendly extracts instead.