Adding value to plant extracts by the synthesis and characterization of lipophilized phenolic compounds

Les composés phénoliques sont des métabolites secondaires chez les végétaux, qui possèdent un large éventail de propriétés biologiques et fonctionnelles, par exemple antioxydantes, antimicrobiennes. Comme ils sont très répandus dans le règne végétal, les sous-produits issus de la transformation végétale représentent une source intéressante et peu coûteuse des polyphénols qui pourraient être utilisés comme additifs naturels, inoffensifs et multifonctionnels, avec une valeur de marché ajoutée. Toutefois, leur polarité limite leur utilisation dans des systèmes émulsionnés complexes, tels que ceux rencontrés en formulations cosmétiques, alimentaires, ou pharmaceutiques. Sur cette base, la lipophilisation s’est avérée être une stratégie efficace pour améliorer le caractère hydrophobe de ces composés bioactifs et, par conséquent, leurs propriétés fonctionnelles.Le principal objectif de ce travail a été d'ajouter de la valeur à des sources végétales riches en polyphénols par l'extraction, caractérisation et enfin, par lipophilisation des principaux polyphénols issus de ces sources. Dans ce contexte, Hibiscus sabdariffa L. ou roselle, cultivée dans le monde entier et considérée comme une importante source d’anthocyanes, avec des propriétés colorantes uniques, ainsi que des propriétés antioxydantes et antimicrobiennes, a été utilisée pour l'extraction assistée par ultrasons, suivi d’une seule étape de fractionnement par chromatographie en phase liquide à basse pression, pour isoler ces principaux anthocyanes. Les composés ainsi obtenus ont été utilisés pour évaluer leur possibilité à être lipophilisés en utilisant différentes longueurs de chaînes alkyles. Egalement, les propriétés colorantes des anthocyanes issues d’hibiscus ont été calculées par la méthode de pH jumps. Ainsi, les constantes de pseudo équilibre (pK'a 2,9), d’acidité (pKa 3,7) et d’hydratation (pK'h 3,0) de la delphinidine-3-O-sambubioside, ont été estimées.La delphinidine-3-O-sambubioside et la cyanidine-3-O-sambubioside ont été les principaux anthocyanes obtenus à partir de l’extrait d'hibiscus. Ces composés ont été lipophilisés avec succès pour la première fois, par voie chimique. Les produits ont été caractérisés par des techniques de chromatographie et spectrométrie. L'acide protocatéchique (PA), qui peut être extrait de la fleur d'hibiscus, a été utilisé comme molécule modèle, et il a été lipophilisé par voie chimique avec une série homologue d'alcools. Afin d'évaluer l'impact de la lipophilisation sur leurs propriétés fonctionnelles, leur activités antioxydantes (DPPH, ORAC, CAT), et antifongique (méthode de microdilution) ont été évaluées avant et après lipophilisation. De manière générale, les molécules estérifiées avec des alcools de chaîne courte et moyenne (de C1 à C6) ont montré des activités améliorées par rapport au composé non estérifié.En conclusion, cette étude a montré que la lipophilisation, en utilisant une longueur de chaîne optimale, pourrait avoir un impact positif sur les propriétés antioxydantes et antifongiques des composés phénoliques. Ces travaux de thèse ont également démontré que cette stratégie peut être appliquée à différentes familles de composés phénoliques, tels que les anthocyanes et les acides phénoliques, pour l’obtention des molécules pouvant être potentiellement utilisées comme additifs dans des produits de formulation.Phenolic compounds are a group of secondary plant metabolites with a broad range of inherent biological and functional properties e.g. antioxidants and antimicrobial agents, all bundled within the phenol functional group. Since they are one of the most widely distributed molecules in the vegetal kingdom, by-products issued from the vegetal processing represent an interesting and inexpensive source of polyphenols that could be used as natural, innocuous and multifunctional ingredients, with an added market value. However, the polarity of these phenolic compounds limits their use in complex emulsified systems, such as food, pharmaceutical or cosmetic formulations. Based on this, lipophilization has showed to be an efficient strategy to enhance the hydrophobicity of these bioactive compounds and, consequently, their functional properties. The aim of this work was to add value to polyphenol-rich plant sources by the extraction, characterization and finally, lipophilization of their predominant polyphenols. In this context, Hibiscus sabdariffa L. or roselle flower, an inexpensive, worldwide produced source of anthocyanins, with unique color, and, antioxidant and antimicrobial properties, was used for ultrasound-assisted extraction and single-step fractionation by low-pressure liquid chromatography, to isolate its main anthocyanins. The obtained compounds were used to evaluate their suitability for lipophilization with different chain length alkyl donors. Moreover, the color properties of hibiscus anthocyanins were studied by the pH jumps method, which allowed the calculation of the pseudo equilibrium (pK'a 2.9), acidity (pKa 3.7) and hydration constants (pK'h 3.0).The obtained hibiscus anthocyanins (delphinidin-sambubioside and cyanidin-sambubioside) were successfully chemically lipophilized. The products were characterized by means of LC/ESI-MS. Moreover, protocatechuic acid (PA), which can be extracted from hibiscus flowers, was used as model molecule, and it was chemically lipophilized with a homologous series of alcohols. In order to evaluate the impact of the lipophilization on their functional properties, protocatechuates were assessed for their antioxidant (DPPH, ORAC, CAT), and antifungal (microdilution method) activity, before and after chemical lipophilization. In general, protocatechuates with short to medium alkyl chain lengths (from C1 to C6) showed improved activities compared to the parent compound. In conclusion, this study showed that, lipophilization using the optimal chain length could have a positive impact in the functional properties, e.g. antioxidant and antifungal activities, of phenolic compounds. Here was also demonstrated that this strategy can be applied to different families of phenolic compounds, such as anthocyanins and phenolic acids, representing an alternative to synthesize molecules that might have potential use as additives in formulated products