Laurène Minsat

Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit s’inscrivent dans le projet INTERREG NWE AgriWasteValue (AWV) visant à valoriser les co-produits de la taille des vignes, des pommiers et des poiriers dans des secteurs industriels clés, en les intégrant dans une chaine de valorisation circulaire. L’objectif de cette étude est la mise en place d’une méthodologie complète de modification-purification-caractérisation (M-P-C) d’extraits naturels obtenus à partir des biomasses susmentionnées afin de développer de nouvelles molécules bioactives et biosourcées pour les secteurs de la cosmétique et de la nutraceutique. Ces deux secteurs bénéficient d’une croissance significative et sont marqués par une forte demande des consommateurs pour un retour aux produits naturels à partir de ressources locales. Il n’est toutefois pas rare que ces composés naturels (e.g., composés phénoliques), extraits de diverses biomasses, présentent une faible solubilité dans l’eau, limitant ainsi leur utilisation dans des formulations cosmétiques. La modification de ces extraits par glycosylation enzymatique, qui nous est apparue particulièrement appropriée au vu des objectifs de ce projet, a été mise en œuvre et optimisée. Par la suite, une stratégie complète de purification a été imaginée afin de procéder à l’élucidation structurale des molécules produites.Dans ce but, et afin de simplifier le milieu étudié en vue du développement et de l’amélioration de chaque étape de la méthodologie M-P-C imaginée, une étude a été réalisée sur des molécules modèles. Celles-ci ont été synthétisées par chimie verte en tant qu’analogues des composés naturels retrouvés dans les biomasses inhérentes au projet. Ainsi, une stratégie complète a été mise en place, avec succès, sur une chalcone et deux dihydrochalcones débutant par leur glycosylation enzymatique suivie du fractionnement de l’extrait glycosylé par chromatographie de partage centrifuge, puis de la purification de chaque fraction d’intérêt par des techniques de chromatographie liquide préparative ou semi-préparative. Enfin, les structures des molécules ainsi isolées ont été caractérisées par des analyses RMN et LC-MS.Cette approche a permis de développer une bibliothèque de nouvelles molécules (i.e., ⍺-glycosides) analogues aux molécules naturellement présentes dans les biomasses mais potentiellement plus actives. Afin d’évaluer leur potentiel, les propriétés cosmétiques et/ou biologique de chaque extrait ont été testées en vue d’une valorisation future (e.g., antioxydant, dépigmentant).Finalement, des premières études de transposition de cette méthodologie aux extraits naturels bruts produits dans le cadre du projet ont été menées et ont permis de mettre en évidence le potentiel de celle-ci.

It is not unusual for naturally occurring compounds to be limited for their use in cosmetics due to their low water solubility. Recently, aiming at accessing novel phlorizin (a glycosylated bioactive recovered from apple tree wood and already used in cosmetics as antioxidant ingredient) analogues, we reported the synthesis of very promising – but low water‐soluble – biomass‐derived chalcones (CHs) and dihydrochalcones (DHCs) exhibiting antioxidant and anti‐tyrosinase activities. Glycosylating bioactive compounds being one of the most common strategies to increase their water solubility, herein we report the enzymatic glycosylation of the CHs mentioned above, as well as DHC using cyclodextrin glycosyltransferases (CGTase), enzymes well‐known for catalyzing the selective α(1→4) transglycosylation. Indeed, while most natural glycosides are β‐glycosides (such as phlorizin), the selected enzyme produces selectively new α‐glycosides, thus expanding their structural diversity. A first step of separation using Centrifugal Partition Chromatography (CPC) led to mono‐, di‐ or triglycosides‐enriched fractions, which were then submitted to a comprehensive purification strategy for an in‐depth chemical profiling of the synthesized α‐glycosides, revealing that the major compounds were glycosylpyranosides. Surprisingly, among the diglycosides characterized, besides the expected maltoside compounds, nigeroside derivatives were also identified in significant amounts, depending on the starting compound structure. Finally, evaluating the antiradical, anti‐tyrosinase and antimicrobial activities of the major glycosides revealed them as potential sustainable alternatives to current petro‐sourced cosmetic ingredients.

The current cosmetic and nutraceutical markets are characterized by a strong consumer demand for a return to natural products that are less harmful to both the consumers and the environment than current petrosourced products. Phloretin, a natural dihydrochalcone (DHC) found in apple, has been widely studied for many years and identified as a strong antioxidant and anti-tyrosinase ingredient for cosmetic formulations. Its low concentration in apples does not allow it to be obtained by direct extraction from biomass in large quantities to meet market volumes and prices. Moreover, its remarkable structure prevents its synthesis through a green process. To overcome these issues, the synthesis of phloretin analogs appears as an alternative to access valuable compounds that are potentially more active than phloretin itself. Under such considerations, 12 chalcones (CHs) and 12 dihydrochalcones (DHCs) were synthesized through a green Claisen–Schmidt condensation using bio-based reagents. In order to evaluate the potential of these molecules, radical scavenging DPPH and anti-tyrosinase tests have been conducted. Moreover, the UV filtering properties and the stability of these analogs towards UV-radiations have been evaluated. Some molecules showed competitive antioxidant and anti-tyrosinase activities regarding phloretin. Two compounds in particular showed EC₅₀ lower than phloretin, one chalcone and one dihydrochalcone.