Université Abou Bekr Belkaid

225 Pages·2014·9.07 MB·French

République
Algérienne Démocratiqtie et Populaire
Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche
Scientifique
iserit 1'
Université Abou Bekr Belkaid - Tlemcen
Faculté des Sciences
)
Département de biologie Moléculaire et cellulaire
Laboratoire des produits naturels s
THESE
En vue de l'obtention du diplôme de
Doctorat en Biologie
Option: BIOLOGIE MOLECULAIRE ET CELLULAIRE
Présentée par: BEGHDAD Mohammed Choukri
Thème
Etude Phytochimique et Activité Antioxydante
de Quelques Espèces Végétales du Nord-ouest Algérien
Soutenue publiquement le. 09 Novembre 2009 Devant le jury, composé de:
Président:
M' TALEB-BENDIAB Sid-Ahmed, Professeur à I'UABB (Tlemcen)
Examinateurs:
MCI BOUTEKDJIRET Chahrazed, Professeur à 1'ENP d'Alger
Mtm ATTIK Fouzia, Professeur à l'UABB (Tlemcen)
M' BENALI Mohamed, Professeur à l'UDL (Sidi Bel-Abbes)
M CHEMAT Farid, Professeur à l'Université d'Avigfin (Francè)
Rapporteur:
Mtm BELARBI Meriem, Professeur à I'UABB (Tlemcen)
ANNEE UNIVERSITAIRE 2009/2010
REMERCIEMENTS
/
Ce travail de recherche a été physiquement effectué au laboratoire des Produits t'
(Laprona) du Département de Biologie Moléculaire et Cellulaire de la Faculté des
Université Abou Bekr Bekaid (UABB) sous la direction de Mtm° le Professeur M. BEl
I'UMR A 408 1NRA- UAPV, Sécurité et Qualité des Produits d'Origine Végét
d'Avignon et des Pays de Vaucluse sous la direction de M' le Professeur F. CHEMK
Je tiens à rendre un hommage respectueux à Madame le Professeur M.., /
choix du sujet, le suivi et l'intérêt qu'elle m'a apportés tout au long de ce trav
l'expression de ma profonde gratitude pour ses précieux conseils et ses encoi.
r mprcjements à Monsieur >i
LISTE DES FIGURES
- Pages
Figure 1.1. Evolution de la consommation apparente de fruits et légumes dans le monde
10
Figure 1.2. Evolution de la consommation apparente de fruits et légumes......................... 10
Figure 1.3. Evolution des volumes et des prix à la consommation des fruits et légumes de
fl;
1960à2005.............................................................................
Figure 1.4. Evolution des achats de fruits et légumes frais des ménages de 1998 à 2006 13
Figure 1.5. Consommation apparente de fruits et légumes dans quelques pays développés
moyennestriennales 2001-2003 ................................................................ 14
Figure 1.6. Contribution des F&L aux apports journaliers d'énergie et de nutriments
dans l'alimentation calculée à partir des données de l'enquête INCA 1 28
Figure 1.7. Structure de quelques composés phénoliques....................................... 33
Figure 1.8. Structures des tannins hydrolysables et des acides associés........................ 39
Figure1.9. Structure des tannins condensés ........................................................ 40
Figure 1.10. Synthèse des gallotannins et ellagitannins à partir des pentagalloylgiucose 41
Figure1.11. Structure de base des flavonoïdes................................................... 51
Figure 1.12. Schéma de la biosynthèse des flavonoïdes illustrant les voies de l'acétyle
CoAet de la phénylalanine ......................................................... .52
Figure1.13. Les diverses classes de flavonoïdes ................... .............................. 53
Figure 1.14. Structures et espèces végétales associées aux différents alcaloïdes 63
Figure 1.15. Origine des différents radicaux libres oxygénés et espèces réactives
del'oxygène impliqué en biologie................................................... 74
Figure 1.16. Formule brute de a tocophérol ou vitamine E (5-7-8 triméthyl tocol) 78
Figure 1.17. Formule brute du j3-carotène ........ ................................................ 78
Figure 1.18. Formule brute de l'acide ascorbique ou vitamine C............................... 79
Figure 1.19. Réaction d'oxydation et de réduction de l'acide ascorbique....................... 79
Figure 1.20. Formule brute du rétinol ou vitamine A............................................. 80
Figure 1.21. Forme oxydée de l'acide aipha-lipoïque........................................... 81
H Figurell.1. Photographie de la Mauve (Malva sylvestris) ............ ......................... 91
Figure 11.2. Photographie du Cardon (Cynara cardunculus) ................................ 93
Figure 11.3. Structure de la cynarine............................................................ 96
.
Figure 11.4. Composition des acides gras. de l'huile des graines du cardon 96
Figure 11.5. Photographie du Chou vert (Brassica oleracea) .......................................... 97
Figure 11.6. Extracteur des fibres brutes (FIWE-VELP SCIENTIFICA) .................. 106
Figure I1.7.a. Distillateur BUCHI K-314 ...................................................... 108
Figure 1L7.b. Minéralisateur ............................................................. 108
Figure 11.8. Schéma d'un analyseur automatique type Mikrotechna AAA 881 109
H
Figure 11.9. Diagramme des tests phytochimiques réalisés sur le cardon, la mauve
etle chou vert .......................... . ....................................... . ... ... 114
Figure 11.10. Forme libre et réduite du DPPH ................................................. .. .1 19
Figure11.11. Teneurs en eau de quelques légumes ......................................... ..... 123
I1 . ii
Figure 11.12. Teneurs en (%) des protéines totales et des protéines pures
126
Figure 11.13. Teneurs en (%) d'azote total, protéique et non protéique..........................
127
Figure 11.14. Profil des teneurs des acides aminés totaux.........................................
129
Figure 11.15. Teneurs en % de protéine totale des acides aminés par groupes chimiques...
Figure 11.16. Indice d'hydrophobicité (HPS) des protéines .......................................
133
Figure 11.17. Rendement massique en % des huiles.............................................
Figure 11.18. Composition en acides gras des huiles du cardon (%)........................... 135
T Figure 11.19. Composition en acides gras des huiles du chou vert (%)........................ . 135
Figure 11.20. Composition en acides gras des huiles de la mauve (%).......................... . 135
Figure 11.21. Taux des sucres totaux en (%) MS du cardon, de la mauve et du chou vert
comparéà celui d'autres légumes .................................................. 138
Figure 11.22. Taux des fibres alimentaires en % MS du cardon, de la mauve et du chou
vertcomparé à d'autres légumes.................................................. 140
T Figure 11.23. Taux de la matière minéral en % de MS du cardon, de la mauve et du chou
vertcomparé à d'autres légumes .................................................... 141
Figure 11.24. Rendement massique en % des tannins, des flavonoYdes et des alcaloïdes.. 143
Figure 11.25. Teneurs en (%) des tannins condensés et des tannins hydrolysables 144
Figure 11.26. Teneurs en phénols totaux (mg/100g) et flavonoYdes (mglkg) ....... . ........ 145
Figure 11.27. Variation du taux de phénols totaux (mg/1 00g) chez quelques légumes 145
T Figure II.28.a. CCM préliminaires des fractions Fn, développement
Toi! AcOEt/ MeOH (80: 18 :2)............................................... 148
Figure II.28.b. CCM préliminaires des fractions Fn, développement
T HCC13 I MeOH (90: 10)......................................................... 149
Figure 11.28.c. CCM préliminaires des fractions Fn, développement
AcOEt/MeOH /H20 (100:13.5: 10)......................................... 150
T Figure II.29.a. Pouvoir antioxydant des EF de la mauve.......................................... 152
Figure II.29.b. Pouvoir antioxydant des EF du chou vert ...................................... .152
Figure II.29.c. Pouvoir antioxydant des EF du cardon ......................................... 153
Figure 11.29.d. Activité antioxydante du Trolox .................................................... 153
Figure 11.29.e. Activité antioxydante de l'acide ascorbique 153
.......................................
e'- e'- e'-
Figure 111.1. Les différents types d'extraction par solvants volatils........................... 161
Figure 111.2. Le spectre électromagnétique...................................................... 162
Figure 111.3. Schéma d'un four micro-ondes monomode (A) et muItimoe (B) 163
Figure 111.4. Frissonnement des dipôles soumis à une irradiation micro-ondes 165
Figure 111.5. Transferts thermiques sous chauffage conventionnel et micro-ondes 166
Figure 111.6. L'extraction par solvant assistée par micro-ondes (ESMO)................... 167
Figure 111,7. Hydrodistillation assistée par micro-ondes sous pression réduite (VMHD) 168
Figure 111.8. Extraction sans solvant assistée par micro-ondes (ESSAM)................... 169
Figure 111.9. a) Principe du nouveau dispositif M.I.S., b) Dispositif M.I.S.................. 179
Figure 111.10. Surfaces obtenues par une étude avec multivariation.......................... 182
iii
Tableau Li. Evolution de la consommation des fruits et légumes (en kg/hab/an).,,.......
16
Tableau 1.2. Evolution du pourcentage d'autosuffisance .......................................
16
Tableau 1.3. Evolution des superficies, des productions et des rendements de la pomme
deterre.........................................................................................
Tableau 1.4. Evolution des superficies,. des productions et des rendements de la tomate
18
Tableau 1.5. Evolution des prix moyens à la production ........................................
I 19
Tableau 1.6. Evolution des prix à la consommation en DA courants .......................... .

Tableau 1.7. Propriétés et effets reconnus ou suggérés des fibres alimentaires sur la 20
santé..................................... ................................................. 24
Tableau 1.8. Principaux constituants d'intérêt nutritionnel des fruits et légumes.................

26
Tableau 1.9. Teneur en flavonoïdes de quelques légumes et fruits en mg/kg de MF.........
Tableau 1.10. Sources alimentaires des lavonoïdes...............................................

56
Tableau 11.1. Composition chimique en (%) de matière fraîche MF) .......................... 123
Tableau H.2. Composition chimique en (%) de matière sèche MS) 124
Tableau 11.3. Teneurs en protéines de différentes espèces végétales en % de la matière
sèche...................................................................................... 125
Tableau 11.4. Analyse comparée de la composition en acides aminés essentiels du
cardon, de la mauve et du chou vert avec celle, des farines animales
et egetales
131
Tableau H.5. Valeur biologique des protéines du cardon, de la mauve et du chou
vert comparée à celle des farines égétales.......................................
132
Tableau 11.6. Composition en % des groupes d'acides ras ...................................... 136
Tableau 11.7. Tests phytochimiques réalisés sur le cardon, la mauve
etle chou vert .....................................................................
142
Tableau 11.8. Teneurs en phénols totaux, en tannins totaux et en inhibiteurs de
trypsine..................................................................
146
Tableau 11.9. EC et puissance antioxydante (ARP) du cardon, de la mauve et
50
du chou vert comparé aux antioxydants standard (Acide
L
ascorbique et Trolox) ....... ..................................... . ..................... . . 154
Tableau 111.1. Brevets sur l'extraction assistée par micro-ondes de produits
naturels
170
J
Tableau 111.2. Recensement des plantes soumises à une extraction par micro-
ondes................................................................................
172
Tableau 111.3. Comparaison du temps d'extraction, d'énergie, de quantité de CO2 émise
et de récupération du solvant pour l'extraction Soxhiet et M I S
183
Tableau 111 .4. Rendements d'extraction et composition en acides gras obtenus par MISS
et Soxhiet conventionnel pour les extraits de cardon, chou et mauve 184
i n
1V
'-j
LISTE DES ABREVIATIONS
___ activité antioxydante
Ac OEt : acétate d'éthyle
ADN : acide désoxyribonucléique
AFSSA agence française de sécurité sanitaire des aliments
Al C1 chlorure d'aluminium
3
ANC apport national conseillé
AOCS : (american oit cbemists'society)
ARN acide ribonucléique
ÀJU' : puissance antiradicalaire ou puissance antioxydante
T BAPNA benzôyl arginine-p-nitroanilide
BOR Brassica oleraceaa
:
BuOH n-butanol
°
T C : Degré Celsius
Ca CO3 : carbonate de calcium
CCD Cynara cardunculus
:
CCM chromatographie sur couche mince
se conférer
Cf
:
cm : centimètre
r
CO : dioxide de carbone
2
CPGIMS : chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse
: dextrogyre
D
T Da : dalton (unité de masse moléculaire)
DA : Dinar Algérien
DPPII diphényl picryhydrazyl
EAA inde3 indice des acides aminés essentiels
EC59 : concentration efficace réduisant 50% de la concentration initiale de DPPH
TF : extraits de flavonoïdes
ESMO : extraction par solvant assisté par micro-ondes
ESSAM : extraction sans solvant assisté par micro-ondes
FAO (food and agricultural organization)
F&L : fruits et légumes
L
Fe :fer
Fe C1 : chlorure de fer
3
FMASE (focused microwave-assisted Soxhiet extraction)
g gramme
GHz : gigahertz
b : heure
H hydrogène
ha hectare
hab habitant
HCC13 : chloroforme
IICl : acide chlorhydrique
HD : bydrodistiliation
HPLC : chromatographie liquide haute pression
HFS indice d'hydrophobicité des protéines
1120 : eau distillée
V
H2SO4 acide sulfuriflue
:
INCA étude individuelle et nationale sur les consommations alimentaires
:
J :jour
kfla kitodalton
:
kg kilogramme
kWh kilowattheure
:
LDL (low density lipoprotein)
:
L levogyre
m mètre
M molarité
MA maladie d'Alzheimer
:
MAE (microwave assisted extraction)
:
MAP (microwave assisted process)
:
MCV maladie cardiovasculaire
MF matière fraiche
:
MeOH méthanol
:
rneq milliequivalent
:
T mg milligramme
:
MgSO4 sulfate de magnésium
:
MHz mégahertz
min minute
MIS (microwave integrated Soxhiet)
millilitre
mm millimètre
mm
millimole
:
MS matière sèche
:
MSV Malva sylvestris
:
N normalité
NaNO2 nitrate de sodium
:
NaOH hydroxyde de sodium
:
NH40H hydroxyde d'ammonium
:
nm nanomètre
:
nM nanomole
:
NNP azote non protéique
NO monoxyde d'azote
• :
N •: azote protéique
NT azote total
OMS organisation mondiale de la santé
-
ONS organisation national des statistiques
:
PM poids moléculaire
:
PTFE polytétrafluoro éthylène
q S p : quantité suffisante pour
Rdmt rendement
:
R-f rapport frontal
:
RMN résonance magnétique nucléaire
:
ROS (reactives oxygen species)
:
seconue
SPE
(simultaneous distillation extraction)
:
TCA
acide trichioroacétique
T I
inhibiteur de trypsine
Toi
toluène
:
n
VI
T U I : unité de trypsine inhibée
U T : unité de trypsine
UV : ultra violet
UV-Vis : ultra violet visible
VIH virus de l'jmmunodéficience humaine
VMHD (vaccum microwave hydrodistiliation)
W ; watt
% ; poucentage
microgramme
gl microlitre
FtM micrométre
vii
Résumé
D'après les données des bilans alimentaires établis par la FAO, les consommations totales dans le monde
en 2005, atteignaient 145 kg par personne pour les légumes et 84 kg pour les fruits Cette consommation
par personne pour l'ensemble des fruits et des légumes croit régulièrement depuis la fin des années 70, et
21eme
tend à être stable pour les légumes depuis le début du sièçie mais une consommation croissante
pour les fruits Dans ce présent travail nous avons choisi trois légumes méditerranéens pour une étude
nhytochimique a savoir le cardon 6yiara carrJwicuJu.. la tnauve Malva 5ylvestrls et le choL vert
Brassica oleraceae. Cardon Cynara cardunculus est un légume qui est caractérisé par une teneur élevée
en protéines avec un pouvoir antioxydant de ses extraits de flavonoïdes satisfaisant. Mauve Malva
sylvesiris est une véritable source de protéines avec une huile très riche en acides gras essentiels tels que
l'acide linolénique et l'acide linoléique. Chou vert Brassica oleraceae présente une similitude dans son
profil en acides aminés avec celui des autres légumes étudiés en bibliographie. Il a été montré que le
Soxhiet assisté par micro-ondes peut être une bonne alternative par rapport au Soxhlet traditionnel tout
en offrant le même rendement mais avec un temps, une quantité de solvant et une consommation
d'énergie réduites.
Mots clés: fruits et légumes, étude phytochimique, Cynara cardunculus, Malva sylvestris, Brassica
oleraceae, Soxhiet, micro-ondes.
According to the data of the food balances establish by FAO, the overali consumptions in the world in
2005, reached 145 kg per person for vegetables and 84 kg for the fruits.This consumption by person for
the whole of the fruits and vegetables believes regularly sinGe the end of the Seventies, and tends to
being stable for vegetables since the beginning of the 21 st century but an increasing consumption for the
fruits In this present work we chose three Mediterranean vegetables for a phytochimic study with
knowing the cardoon Cynara cardunculus, the mallow Malva sylvestris and the curly kale Brassica
oleraceae Cardoon Cynara cardunculus is a vegetable which is characterized by a high percentage of
proteins with an antioxydant capaclty of its extracts of flavonoids satisfactory Mauve Malva sylvestris
is a true source of proteins with an oil very rich in essential fatty acids such as the linoleic acid and the
linoleic acid.Curly kale Brassica oleraceae prescrits a similarity in its profile in amino acids with that of
other vegetables studied in bibliography.It was shown that Soxhlet assisted by microwaves can be a
good alternative compared to traditional Soxhiet while offering the saine output but with a time, a
quantity of solvent and a reduced consumption of energy.
Key words: fruit and vegetables, phytochimic study, Cynara cardunculus, Malva sylvesiris, Brassica
oleraceae, Soxhiet, microwaves.
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n
viii
bedesmatèreg
INTRODUCTION GENERALE . 01
PREMIERE PARTIE: Analyse Bibliographique: Importance des légumes
dansl'alimentation ....................... . ....................................... .04
INTRODUCTION.............................................. . ............................................... 05
CHAPITRE E : Légumes verts: importance économique et nutritionnelle........................ 07
T 1- Production et consommation des F&L dans le monde.............................. 08
1.1. Le niveau et l'évolution de la consommation.............................................. 08
1.2. Tendances récentes de la consommation et recommandations......................... 12
1.3. Comparaisons internationales ................................................................. .13
1.4. Production et consommation des F&L en Algérie......................................... 15
2- Besoin nutritionnel .................................................................................... 23
r
2.1. Les caractéristiques nutritionnelles des fruits et légumes frais et transformés 23
2.2. F&L et couverture des besoins nutritionnels ............................... .............. 28
T CHAPITRE II : Phytochimie des légumes verts.......................................................... 30
1- Métabolites secondaires ...... ......................................................................... . 31
1.1. Composés phénoliques ou polyphénols....................................................... 32
1.2. Alcaloïdes ............................................................................................... 59
1.3. Inhibiteur de trypsine............................................................................. 65
CHAPITRE III: Les antioxydants dans les légumes..................................................... 71
1- Introduction ............................................................................................... 72
2- Le stress oxydatif et les radicaux libres ............... ................ .............................. 72
2.1. Les radicaux libres ................................................... .............................. 73
2.2. Principaux radicaux libres....................................................................... 73
2.3. Origine et des radicaux libres ................................................................... 73
2.4. Conséquences du stress oxydatif. ............................................................... 75
.3- Les antioxydants ................................................................. . ........................ 76
3.1. Les antioxydants endogènes .................... ............................................. . ..... 77
3.2. Les antioxydants naturels .................. ......................... ......................... .... 77
.
4 Les antioxydants des fruits et légumes ........................................................... . .... ..82
-
4.1. F&L et maladies cardiovasculaires .............................................................. 83
-
4.2. F&L et cancers ............................................................... ........................ .84
4.3. F&L et autres maladies ..................... ...................................................... 85
.ix