Etude sur les phénomènes de coacervation complexe à partir de biopolymères d’origine végétale, et développement de formulations permettant l’encapsulation d’actifs liposolubles avec pour objectif une protection et une libération contrôlée en fonction du pH dans des systèmes complexes.
La microencapsulation regroupe l’ensemble des techniques permettant d’isoler un composé bioactif de son environnement. L’intérêt de cette technologie réside dans sa capacité à assurer la protection, la compatibilité et la stabilisation de l’actif, la préservation de ses fonctionnalités, mais également de maîtriser son profil de libération.
Le choix de la matrice encapsulante, conditionné par l’application et l’actif visés, doit répondre à des exigences associées notamment à l’utilisation de matériaux renouvelables, biodégradables et biocompatibles pour écarter tout risque de réactions toxiques, inflammatoires ou immunogènes ou d’accumulation chez l’organisme considéré. Toutefois, les propriétés intéressantes de certains polymères synthétiques n’ont pas d’équivalent dans le monde naturel, ou ces équivalents sont difficilement transposables aux procédés industriels.
Ce contexte contraint les industriels de la microencapsulation à maîtriser les connaissances des différentes molécules naturelles disponibles sur le marché et à sélectionner les matières premières intégrant leurs formulations en fonction de l’application visée. Les solutions proposées par les industriels permettent la protection d’actifs hydrosolubles ou liposolubles par le développement de technologies innovantes permettant d’obtenir une émulsion submicronique séchable par atomisation.
Toutefois, des difficultés persistent sur la maîtrise de la libération contrôlée de principes actifs encapsulés et une demande croissante est rencontrée sur le développement de systèmes avec une libération pH-dépendante.
Dans ce contexte, le présent travail propose d’étudier les phénomènes de coacervation complexe à partir de biopolymères d’origine végétale et de développer des formulations permettant l’encapsulation d’actifs liposolubles avec pour objectif une protection et une libération contrôlée en fonction du pH dans des systèmes complexes. Les systèmes d’encapsulation ont été formulés à partir de quatre couples de protéines-polysaccharides d’origine végétale : les protéines de pois associées à la gomme adragante, la gomme arabique, l’alginate de sodium et la gomme tara.
La première partie s’est focalisée sur l’influence de la nature du polysaccharide (chargé négativement ou non) sur le comportement en phase associative du couple protéine-polysaccharide ainsi que les facteurs physico-chimiques optimaux (pH, ratio) favorisant la coacervation complexe du couple. Les paramètres optimaux ont ainsi été déterminés pour chacun des couples.
La seconde partie s’est concentrée sur la formulation de microsphères permettant l’encapsulation de l’α-tocophérol à partir d’une matrice composée des coacervats complexes étudiés précédemment. Cette partie fait l’objet dans un premier temps d’une étude sur l’influence du couple protéine-polysaccharide et de ces facteurs sur la qualité de l’encapsulation de l’actif émulsionné. Dans un second temps, l’influence du couple protéine-polysaccharide des solutions séchées par atomisation est étudiée sur la formation des microsphères, leurs propriétés de surface et la libération de l’α-tocophérol dans des milieux de digestion simulés.
Le potentiel gastroprotecteur de la gomme adragante en association avec les protéines de pois a été mis en évidence en fonction du ratio utilisé. Une évolution du comportement de relargage de l’actif des microsphères en fonction du rapport protéine/polysaccharide a également été observée.
Ce travail a permis une meilleure compréhension des mécanismes permettant la formation de coacervats complexes à partir de biopolymères d’origine végétale et leur capacité à encapsuler et libérer de manière contrôlée un substance active.
Article en anglais
PART 1 : Complex coacervation of pea protein isolate and tragacanth gum: Comparative study with commercial polysaccharides
ABSTRACT
The ability of pea protein isolates (PPI) to form complex coacervates with tragacanth gum was investigated. The coacervate formation was structurally compared to three other PPI-polysaccharide interaction models: arabic gum and sodium alginate (known to form coacervates with PPI) and tara gum, a galactomannan. The effects of the pH and protein/polysaccharide ratio were mainly investigated using turbidity and zeta potential measurements. Regarding the pH of soluble complex formation, the pH of complex coacervates increased with the increase in protein-anionic polysaccharide mixture ratio. SEM images revealed the ability of the spray-drying process to form spherical particles of pea protein-polysaccharide complexes. The specificity of the microparticle surface was protein-dependent. FTIR analyses of coacervates showed the electrostatic interaction between the PPI and the polysaccharides. The results showed that tragacanth gum could be used as an alternative to gum arabic to form complex coacervates with PPI based on zeta potential measurements and coacervation yield studies.
Read the full article from INNOVATIVE FOOD SCIENCE & EMERGING TECHNOLOGIES, Vol 69 :
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1466856421000424
Article about the thesis from :
Jérémy Carpentier (A&B), Egle Conforto (A), Carine Chaigneau (B), Jean-Eudes Vendeville (B), Thierry Maugard (A)
A : Université de La Rochelle, UMR CNRS 7266, LIENSs, UFR Sciences, Avenue Michel Crépeau, 17042 La Rochelle, France
B : IDCAPS, R&I subsidiary of INNOV’IA (IDCAPS became CAPSULAE in 2022), 4 rue Samuel Champlain, Z.I. Chef de Baie, 17000 La Rochelle, France
PART 2 : Microencapsulation and controlled release of α-tocopherol by complex coacervation between pea protein and tragacanth gum: A comparative study with arabic and tara gums
ABSTRACT
The ability of pea protein isolates (PPI) to form complex coacervates with tragacanth gum (TRAG) was used for the microencapsulation of α-tocopherol mixture with pH-dependent release properties.
The microcapsules were compared to three other models: PPI alone, PPI and gum arabic (PPI-GAC, known to form microcapsules of complex coacervates), and PPI and tara gum (PPI-TARA, non-ionic polysaccharides).
The behaviors of the complex coacervates and microcapsules were studied according to the protein/polysaccharide mixture and protein/polysaccharide ratio.
The formation of complex coacervates from the PPI-TRAG and PPI-GAC mixtures impacted the particle size of the liquid suspensions and microcapsules, the efficiency of encapsulation and the active release profile.
An interesting gastroprotective behavior was identified for the PPI-TRAG mixture at the 1:1 ratio in simulated digestion media.
Overall, the results showed the ability of PPI associated with polysaccharides to form microcapsules with a pH-dependent release behavior, that is promising in the field of gastroprotective microencapsulation.
Read the full article from INNOVATIVE FOOD SCIENCE & EMERGING TECHNOLOGIES, Vol 77 : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1466856422000364
Article about the thesis from :
Jérémy Carpentier (A&B), Egle Conforto (A), Carine Chaigneau (B), Jean-Eudes Vendeville (B), Thierry Maugard (A)
A : Université de La Rochelle, UMR CNRS 7266, LIENSs, UFR Sciences, Avenue Michel Crépeau, 17042 La Rochelle, France
B : IDCAPS, R&I subsidiary of INNOV’IA (IDCAPS became CAPSULAE in 2022), 4 rue Samuel Champlain, Z.I. Chef de Baie, 17000 La Rochelle, France
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Capsulae Research and Innovation Center, subsidiary of INNOV’IA
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