Encapsulation de la curcumine par émulsification membranaire : bioaccessibilité et stabilité des émulsions chargées en curcumine.

Title :

Encapsulation of curcumin by membrane emulsification: bioaccessibility and stability of curcumin-loaded emulsions

Etudiant :Tian JIANG

Date de la soutenance :05/07/2022

Commentaire :

La curcumine est un composé naturel à caractère polyphénolique qui possède plusieurs
propriétés fonctionnelles (antioxydant, anti-inflammatoire et anticancéreux, etc). Cependant,
son application reste difficile en raison de sa faible solubilité aqueuse, sa dégradation
biochimique/structurelle et sa faible biodisponibilité. Bien que depuis de nombreuses années,
des études aient été réalisées pour optimiser et concevoir des systèmes de nanoémulsion
efficaces avec une stabilité physicochimique et une bioaccessibilité améliorées, des études
supplémentaires sont nécessaires pour donner aux chercheurs et aux industries des
connaissances plus approfondies. Dans ce travail de thèse, l’émulsification membranaire par
prémix (PME) est proposée comme alternative aux méthodes conventionnelles pour préparer
des émulsions chargées de curcumine. Afin de tirer parti des avantages de la PME pour la
préparation d’émulsions, l’effet de divers paramètres, dont les paramètres de composition, les
paramètres de procédé et la taille des pores de la membrane, sur le diamètre moyen des
gouttelettes et la polydispersité (PDI) a été étudié. Ainsi, des émulsions huile dans l’eau (H/E)
contenant la curcumine avec différentes tailles de gouttelettes (petite ≈ 0,5 μm, moyenne ≈ 0,8
μm, grande ≈ 3,7 μm et prémélange ≈ 60 μm) ont été préparées par PME en utilisant différentes
huiles porteuses : la tributyrine (triglycérides à chaîne courte, SCT), les triglycérides à chaîne
moyenne (MCT) et l’huile de maïs (triglycérides à longue chaîne, LCT). Les émulsions
obtenues ont une distribution de taille étroite et une efficacité d’encapsulation élevée (> 87 %).
Ensuite, un modèle gastro-intestinal in vitro a été utilisé pour évaluer l’impact du type d’huiles
porteuses et de la taille des gouttelettes des émulsions initiales sur la digestion des lipides et la
bioaccessibilité de la curcumine. Il a été constaté que la digestion des lipides et la
bioaccessibilité de la curcumine étaient plus élevées pour les émulsions SCT et MCT que pour
les émulsions LCT. La digestion des LCT et la bioaccessibilité de la curcumine a diminué avec
une augmentation de la taille des gouttelettes d’émulsion, alors qu’il n’y avait pas de différences
significatives (p> 0, 05) dans la digestion des lipides et la bioaccessibilité pour les petites,
moyennes et grandes émulsions pour les huile SCT et MCT. De plus, il a été constaté que
l’efficacité d’encapsulation de la curcumine jouait un rôle important dans la détermination de la
bioaccessibilité. Enfin, l’impact du type d’huile porteuse et de la taille des gouttelettes des
émulsions initiales sur la stabilité physique des émulsions, la stabilité chimique de la curcumine
et la stabilité à l’oxydation des lipides dans les émulsions H/E a été étudié. Les résultats ont
montré que le type d’huiles porteuses et la taille des gouttelettes des émulsions initiales
affectaient la stabilité physique des émulsions. La stabilité chimique de la curcumine était
indépendante de la taille des gouttelettes d’émulsion et des huiles pendant le stockage à
température ambiante, alors qu’elles jouaient un rôle essentiel dans la détermination de la
stabilité chimique de la curcumine pendant le stockage à 55 ℃. À 55℃, la stabilité chimique
de la curcumine a diminué avec la diminution de la taille des gouttelettes des émulsions. Pour
chaque taille de gouttelettes, la stabilité de la curcumine a diminué dans l’ordre SCT > MCT >
LCT. De plus, il a été constaté que l’oxydation des lipides dans les émulsions à base de LCT
était indépendante de la taille initiale des gouttelettes. Par ailleurs, la présence de curcumine a
amélioré la stabilité oxydative de toutes les émulsions, quelque soit la taille de gouttelettes.
En résumé, les résultats obtenus suggèrent que le type d’huile et la taille des gouttelettes des
émulsions initiales jouent un rôle important dans la détermination de la stabilité physique des
émulsions, la bioaccessibilité de la curcumine, la stabilité chimique de la curcumine et de la
stabilité à l’oxydation des lipides dans les émulsions H/E.

Mots-clés : Curcumine, Émulsions, Émulsification membranaire par prémix, Huile porteuse,
Taille des gouttelettes, Bioaccessibilité, Stabilité

Commentary :

ABSTRACT
Curcumin is a natural compound with polyphenolic nature that has several functional properties,
such as antioxidant, anti-inflammatory and anticancer. However, its application has remained
challenging due to its low aqueous solubility, biochemical/structural degradation and poor
bioavailability. Although all over the years, studies have been performed to optimize and design
effective nanoemulsion systems with improved physicochemical stability and bioaccessibility,
there is still a need for further studies to give researchers and industries a broad range of deeper
information. In this work, premix membrane emulsification (PME) was proposed as an
alternative to conventional methods to prepare curcumin-loaded emulsions. In order to make
use of the advantages of PME for the preparation of emulsions, the effect of various parameters,
including composition parameters, process parameters, and membrane pore size, on the mean
droplet diameter and polydispersity (PDI) were studied. Thus, oil-in-water (O/W) emulsions
containing curcumin with different droplet sizes (small ≈ 0.5 μm, medium ≈ 0.8 μm, large ≈ 3.7
μm and premix ≈ 60 μm) were successfully prepared through PME using different carrier oils:
tributyrin (short chain triglycerides, SCT), medium chain triglycerides (MCT) and corn oil
(long chain triglycerides, LCT). These emulsions had a narrow size distribution and high
encapsulation efficiency (> 87%). Then, an in vitro gastrointestinal model was used to evaluate
the impact of carrier oil type and initial emulsions droplet size on lipid digestion and curcumin
bioaccessibility. It was found that both the extent of lipid digestion and curcumin
bioaccessibility were higher for SCT and MCT emulsions than LCT emulsions. The extent of
LCT digestion and curcumin bioaccessibility decreased as the emulsions droplet size increased,
whereas there were no significant (p > 0.05) differences in lipid digestion and bioaccessibility
for small, medium and large emulsions for SCT and MCT. Moreover, it was found that curcumin
encapsulation efficiency played an important role in determining the bioaccessibility. Finally,
the impact of carrier oil type and initial emulsions droplet size on emulsions physical stability,
curcumin chemical stability and lipid oxidation stability in O/W emulsions were investigated.
The results showed that carrier oil type and initial emulsions droplet size affected the physical
stability of emulsions. Curcumin chemical stability was independent of emulsion droplet sizes
and carrier oils during storage at room temperature, while they played a critical role in
determining the curcumin chemical stability during storage at 55℃. At 55℃, curcumin
chemical stability decreased with the decrease of emulsion droplet size. For each droplet size
emulsions, curcumin stability decreased in the order of SCT > MCT > LCT. Moreover, it was
found that lipid oxidation in LCT-based emulsions was independent of initial emulsion droplet
size. The presence of curcumin improved the oxidative stability of all droplet size emulsions.
Altogether, the results suggested that carrier oil type and initial emulsions droplet size play an
important role in determining the emulsions physical stability, curcumin bioaccessibility,
curcumin chemical stability and lipid oxidation stability in O/W emulsions.

Keywords: Curcumin, Emulsions, Premix membrane emulsification, Carrier oil, Droplet size,
Bioaccessibility, Stability