ANALYSE PAR RESONANCE MAGNETIQUE NUCLEAIRE (RMN)

LA FILIERE OLEAGINEUSE

Les oléagineux sont des plantes dont les graines contiennent une huile pouvant être extraite par des procédés appropriés. Cette huile constitue les lipides de réserve nécessaires à la germination de la plante. En Europe, les principales cultures de plantes oléagineuses sont le colza, le tournesol et l’olive. À l’échelle internationale, le palmier à huile (Elaeis guineensis) est la première source d’huile végétale au monde, suivie par le soja (Glycine max) et le colza (TERRES-INOVIA, 2015). Environ 70% de la production d’huiles végétales est destinée à la consommation humaine, plus de 10% à la production de biocombustibles et 15% à d’autres applications (oleochimie, alimentation animale) (Mielke, 2013). Elles peuvent être également utilisées dans des formulations cosmétiques, pharmaceutiques, lubrifiantes, ou bien comme solvants, encres, détergents, polymères etc.

Depuis les années 70, la France s’est dotée d’une filière des huiles et protéines végétales : PROLEA. Elle est constituée par l’ONIDOL (Organisation nationale interprofessionnelle des oléagineux), Terres Inovia (Le centre technique des oléagineux et protéagineux) et SOFIPROTEOL (Société financière de la filière des oléagineux et protéagineux). Aujourd’hui, la filière des oléagineux fait face à un nouveau défi qui consiste à développer des nouvelles technologies de transformation et valorisation. Ses objectifs sont d’améliorer la qualité des coproduits afin de réduire la dépendance en protéines de soja, contribuer au développement d’une agriculture plus durable et conduire à une meilleure qualité de la viande à travers une meilleure alimentation des animaux. Les acteurs de cette filière sont les producteurs, les usines de transformation, les acteurs de la commercialisation et le secteur de la recherche et développement. Premier producteur de l’Union Européenne, la France produit 7 millions de tonnes d’oléagineux, dont 5 millions et demi de tonnes de colza (Figure 1).

PRODUCTION ET COMPOSITION

Le colza (Brassica napus L.) est une espèce de plante oléagineuse, de la famille des brassicacées (anciennement nommées crucifères, du latin Cruciferae : « en croix », en raison de ses feuilles en forme de croix). Il provient du croisement naturel entre un chou (Brassica oleracea L.) et une navette (Brassica rapa L.). Selon des archives historiques, le colza est mentionné dans des textes sanskrits datant de 2000 à 1500 ans avant Jésus-Christ et dans des écrits grecs, romains et chinois remontant aux années 500 à 200 avant Jésus-Christ. Du fait de sa forte teneur en lipides (≥ 40%, m/m) (Unger, 1990), le colza est principalement cultivé pour son huile (Figure 2). L’huile de colza est constituée de 98% de triesters d’acides gras. Les 2% restant sont riches en stérols et tocophérols (dont la vitamine E). La composition en acides gras de l’huile de colza utilisée pour l’alimentation humaine est bonne pour l’équilibre de l’ensemble des matières grasses que nous consommons quotidiennement (Annual Publication CETIOM, 2012).

En effet, l’huile de colza est constituée par 58% (m/m) d’acide oléique (18:1, « oméga-9 »), 22% (m/m) d’acide linoléique (18:2, « oméga- 6 »), 9% (m/m) d’acide linolénique (18:3, « oméga-3 »), 6% (m/m) d’acide palmitique (16:0) et 5% (m/m) d’autres acides gras (Unger, 1990). Sa production et sa commercialisation se sont développées à partir du XVIe siècle aux Pays-Bas. Aujourd’hui, il est cultivé dans de très nombreux pays dans le monde, essentiellement dans les régions tempérées (PROLEA, 2009), En 2014, l’Union Européenne a produit près de 40 millions de tonnes d’oléagineux dont environ 24 millions de tonnes de colza, soit une augmentation de plus 17% par rapport à 2013 (Fine et al., 2015; TERRES-INOVIA, 2015). En France, le colza est cultivé sur plus d’un million et demi d’hectares principalement dans le Centre, en Bourgogne, Champagne Ardennes et en Lorraine (Figure 3) (TERRES-INOVIA, 2015).

LE GATEAU ET LE TOURTEAU DE COLZA

Le gâteau de colza obtenu après extraction mécanique (pressage) de l’huile peut représenter 50 à 58% de la masse totale de la graine (Unger, 1990). Après déshuilage du gâteau par un solvant organique, généralement l’hexane, le matériel obtenu est nommé tourteau. La quantité d’huile résiduelle dans le tourteau dépend de la méthode d’extraction et des prétraitements des graines, elle varie généralement entre 1 et 10% (m/m) (Unger, 1990). La France et l’Allemagne sont les plus importants producteurs et consommateurs de tourteau de colza de l’Union Européenne (PROLEA, 2012-2013). En 2014, la France a produit environ 2.5 millions de tonnes de tourteau de colza (FEDIOL). La composition massique générale du tourteau de colza est représentée sur la Figure 4. Riche en fibres et en minéraux tels que le calcium, le magnésium, le zinc et le cuivre, le tourteau de colza contient également un certain nombre de vitamines et autres composés bioactifs, tels que les tocophérols et la choline.

La présence de protéines brutes (35-37%), plus de 30% de glucides et 1 à 10% de résidus d’huile, en fait un aliment pour animaux de grande valeur tout à fait capable de remplacer le tourteau de soja. En effet, malgré les problématiques liées à l’utilisation d’OGM (organismes génétiquement modifiés), le tourteau de soja reste la première source de consommation mondiale de protéines végétales. Cependant, la recherche d’une autonomie protéique au niveau national, afin de réduire l’importation du tourteau de soja est un des points d’attention de la filière des oléagineux en France. Dans l’Union Européenne, le tourteau de soja a été remplacé par celui du colza pour l’alimentation bovine (lait et viande), et réprésente jusqu’à 6 kg par jour et par animal (CETIOM, 2011).

Le tourteau de colza est aussi une source riche en composés phénoliques. En effet, comme en attestent certaines études (Kozlowska et al., 1990; Nowak et al., 1992), c’est la plante oléagineuse avec la concentration la plus élevée en composés phénoliques. A titre d’exemple, Kozlowska et al. (1990) ont montré que comparé à d’autres tourteaux de plantes oléagineuses tels que le soja, le coton, l’arachide ou le tournesol dont la concentration en acides phénoliques totaux était respectivement de 1.04, 2.53, 2.84 et 16.37 micromoles d’équivalents en’acide sinapique (EAS) par gramme de matière sèche (μmol EAS.gMS-1), celle du colza pourrait atteindre de 28.54 à 82.07 μmol EAS.gMS-1. La concentration en composés phénoliques dans le gâteau est inférieure à celle du tourteau.

En outre, les conditions de croissance et le degré de maturation affectent la composition phénolique. Artz et al. (1986) ainsi que Matthaus (2002) ont montré que les composés phénoliques sont principalement localisés dans les cotylédons, alors que quelques traces se trouvent dans la coque. Au niveau cellulaire, les composés moins polaires sont présents dans les parois cellulaires, alors que les plus polaires se trouvent dans les vacuoles de la cellule végétale. De même, Fang et al. (2012) ont étudié la distribution de ces métabolites secondaires dans quatre parties différentes des graines matures de colza (Brassica napus L.) : les cotylédons internes et externes, la coque et la radicule. Ils ont observé que ces molécules étaient distribuées de façon homogène dans ces différents tissus. Ces composés phénoliques sont retrouvés dans les tourteaux de colza. Leur concentration et leur nature dépendent fortement du type de procédé employé lors de l’extraction de l’huile. Ces traitements déterminent le comportement et la répartition de ces composés et par conséquent, leur distribution entre les fractions d’huile et de tourteau (Terpinc et al., 2011).

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Table des matières

Valorisation des travaux de thèse
Liste des figures et tableaux
Liste des abréviations
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
I.LA FILIERE OLEAGINEUSE
II.LE COLZA
II.1 PRODUCTION ET COMPOSITION
II.2 LE GATEAU ET LE TOURTEAU DE COLZA
III. LES COMPOSES PHENOLIQUES
III.1 EXTRACTION DES COMPOSES PHENOLIQUES
III.2 APPLICATIONS DES COMPOSES PHENOLIQUES NATURELS
III.3 COMPOSES PHENOLIQUES DU COLZA : NATURE ET PROPRIETES
III.3.1 La Sinapine
III.3.2 L’acide sinapique
III.3.3 Le Canolol
IV.REACTIONS DE FONCTIONNALISATION DES COMPOSES PHENOLIQUES
IV.1 AMELIORATION DE L’ACTIVITE ANTIOXYDANTE PAR REACTIONS DE LIPOPHILISAT
IV.2 FORMATION DE PRECURSEURS DE BIOPOLYMERES
IV.2.1 Le bisphénol-A (BPA)
IV.2.2 Les résines époxy
CHAPITRE 2 : MATERIELS ET METHODES
I.REACTIFS
II.METHODES PREPARATIVES ET ANALYTIQUES
II.1 CHROMATOGRAPHIE SUR COUCHE MINCE ET DENSITOMETRIE
II.2 PURIFICATION DES PRODUITS PAR CHROMATOGRAPHIE FLASH SUR GEL DE SILICE
II.3 ANALYSES PAR CHROMATOGRAPHIE LIQUIDE HAUTE PERFORMANCE
II.4 ANALYSE PAR UPLC-MS
II.5 ANALYSE PAR RESONANCE MAGNETIQUE NUCLEAIRE (RMN)
II.6 ANALYSES ELEMENTAIRES
II.7 ANALYSES STATISTIQUES
III. MATIERES PREMIERES ET TRAITEMENTS APPLIQUES
III.1 DESCRIPTION ET CLASSIFICATION DES TRAITEMENTS INDUSTRIELS APPLIQUES AUX ECHANTILLONS DE TOURTEAU DE COLZA
III.1.1 Etape d’hydratation
III.1.2 Traitements thermiques
III.2 CARACTERISATION DES ECHANTILLONS DE TOURTEAU DE COLZA
III.2.1 Teneur en eau
III.2.2 Teneur en huile
III.2.3 Extraction des composés phénoliques
III.2.4 Teneur en composés phénoliques totaux
III.2.5 Teneurs en sinapine, acide sinapique et canolol
V.SYNTHESE DU CANOLOL ET DU 4-VINYLGUAIACOL A PARTIR DE LEURS HYDROXYBENZALDEHYDES CORRESPONDANTS
V.1 PROTECTION DE L’HYDROXYLE PHENOLIQUE PAR SILYLATION
V.2 LIPOPHILISATION DU PRODUIT SILYLE
V.3 DEPROTECTION DU GROUPEMENT HYDROXYLE PHENOLIQUE : ELIMINATION DU GROUPEMENT SILYLE
V.4 EVALUATION DE LA CAPACITE ANTIOXYDANTE DES PRODUITS DE LIPOPHILISATION PAR LE TEST CAT (CONJUGATED AUTOXIDIZABLE TRIENE ASSAY
VI.REACTIONS DE METATHESE
VI.1 DIMERISATION DE L’EUGENOL 8 PAR METATHESE CROISEE
VI.2 PROTECTION DE L’HYDROXYLE PHENOLIQUE DU 4-VINYLGUAIACOL 2 PAR OMETHYLATION ET DIMERISATION DU PRODUIT OBTENU
VI.2.1 Méthylation du 4-vinylguaiacol
VI.2.2 Réaction de métathèse du 4-vinylguaiacol méthylé 7
VI.3 GLYCIDYLATION DU CANOLOL 1, DU 4-VINYLGUAIACOL 2, ET DE L’EUGENOL 8
VI.4 DIMERISATION DES COMPOSES PHENOLIQUES GLYCIDYLES PAR METATHESE CROISEE
VII. DIMERISATION DE L’EUGENOL PAR O-ALKYLATION ET EPOXYDATION DES DOUBLES LIAISONS ALLYLIQUES
VII.1 DIMERISATION DE L’EUGENOL PAR O-ALKYLATION AVEC LE 1,5-DIBROMOPEN
VII.2 EPOXYDATION CHIMIO-ENZYMATIQUE DES DOUBLES LIAISONS ALLYLIQUES
CHAPITRE 3 : RESULTATS ET DISCUSSION
I.EFFET DES TRAITEMENTS THERMIQUES, DE L’HYDRATATION ET DU TEMPS D’INCUBATION SUR LA TENEUR EN COMPOSES PHENOLIQUES TOTAUX ET INDIVIDUELS (SINAPINE, ACIDE SINAPIQUE ET CANOLOL) DES TOURTEAUX DE COLZA
I.1 PROCEDES INDUSTRIELS DE TRITURATION DES GRAINES DE COLZA
I.2 CARACTERISATION DES TOURTEAUX DE COLZA
I.2.1 Teneur en eau et en huile
I.2.2 Teneur en composés phénoliques totaux
I.2.3 Teneur en composés phénoliques individuels : sinapine, acide sinapique et canolol
I.3 CONCLUSION
II.SYNTHESE DU CANOLOL ET DU 4-VINYLGUAIACOL A PARTIR DES HYDROXYBENZALDEHYDES CORRESPONDANTS
III. REACTIONS DE FONCTIONNALISATION
III.1 EFFET DE LA LIPOPHILISATION DES VINYLPHENOLS SUR LEUR ACTIVITE ANTIOXYDANTE
III.1.1 Lipophilisation par addition de peracides, générés in situ en présence de la lipase B de Candida antarctica
III.1.2 Evaluation de la capacité antioxydante par la méthode des Triènes Conjugués Autoxydables (CAT)
III.1.3 Conclusion
III.2 SYNTHESES DE PRE-POLYMERES EPOXY BIOSOURCES PAR REACTIONS DE DIMERISATION
III.2.1 Dimérisation par métathèse croisée
III.2.2 Synthèse de dimères glycidylés de l’eugénol par O-alkylation avec le dibromopentane et époxydation des doubles liaisons allyliques
III.2.3 Conclusions