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Projet de fin d’études INTRODUCTION Le terme polyphénol a été introduit en 1980, en remplacement du terme ancien ; tanin végétal (vegetable tannin) [1]. Les polyphénols constituent une famille de molécules organiques largement présentes dans le règne végétal. Ils sont caractérisés, comme l’indique le nom, par la présence de plusieurs groupements phénoliques associés en structures plus ou moins complexes généralement de haut poids moléculaire. Ces composés sont les produits du métabolisme secondaire des plantes [1], ce qui signifie qu'ils n'exercent pas de fonction directe au niveau des activités fondamentales de l'organisme végétal, comme la croissance ou la reproduction [2]. Les polyphénols prennent une importance croissante, notamment à cause de leurs propriétés anti-oxydantes bien supérieures à celles des vitamines, ce qui donne une valeur commerciale très importante. Ils suscitaient depuis une dizaine d’années un intérêt croissant de la part des nutritionnistes, des épidémiologistes, des industriels de l’agroalimentaire et des consommateurs. Les polyphénols aident, notamment, à lutter contre la formation des radicaux libres tels que les radicaux hydroxyles (OH) et superoxydes (O 2 - ), ainsi, à ralentir le vieillissement cellulaire. Ils entrent dans la composition des produits de consommation les plus courants. On les trouve avant tout dans les fruits et les légumes mais également dans les produits transformés comme le chocolat, le thé ou le vin [3]. Ils ont des effets bénéfiques sur la santé. En effet, leur rôle d’anti-virales, anti- ulcéreuse, anti-inflammatoire, anti-allergiques et anti-cancéreux, Ils peuvent aussi avoir d’autres effets sur les maladies cardiovasculaires, le vieillissement prématuré et le diabète [2]. 1 École supérieure de technologie d’Oujda IAA/2009-2010

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Projet de fin d’études

INTRODUCTION

Le terme polyphénol a été introduit en 1980, en remplacement du terme ancien ;

tanin végétal (vegetable tannin) [1].

Les polyphénols constituent une famille de molécules organiques largement

présentes dans le règne végétal. Ils sont caractérisés, comme l’indique le nom, par la présence

de plusieurs groupements phénoliques associés en structures plus ou moins complexes

généralement de haut poids moléculaire. Ces composés sont les produits du métabolisme

secondaire des plantes [1], ce qui signifie qu'ils n'exercent pas de fonction directe au niveau

des activités fondamentales de l'organisme végétal, comme la croissance ou la reproduction

[2].

Les polyphénols prennent une importance croissante, notamment à cause de leurs

propriétés anti-oxydantes bien supérieures à celles des vitamines, ce qui donne une valeur

commerciale très importante. Ils suscitaient depuis une dizaine d’années un intérêt croissant

de la part des nutritionnistes, des épidémiologistes, des industriels de l’agroalimentaire et des

consommateurs. Les polyphénols aident, notamment, à lutter contre la formation des radicaux

libres tels que les radicaux hydroxyles (OH) et superoxydes (O2-), ainsi, à ralentir le

vieillissement cellulaire. Ils entrent dans la composition des produits de consommation les

plus courants. On les trouve avant tout dans les fruits et les légumes mais également dans les

produits transformés comme le chocolat, le thé ou le vin [3].

Ils ont des effets bénéfiques sur la santé. En effet, leur rôle d’anti-virales, anti-

ulcéreuse, anti-inflammatoire, anti-allergiques et anti-cancéreux, Ils peuvent aussi avoir

d’autres effets sur les maladies cardiovasculaires, le vieillissement prématuré et le diabète

[2].

1 École supérieure de technologie d’Oujda IAA/2009-2010

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CHAPITRE 1

GÉNÉRALITÉS SUR LES POLYPHÉNOLS

2 École supérieure de technologie d’Oujda IAA/2009-2010

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I. Définition

Ce sont des composés phénoliques hydrosolubles, de poids moléculaire compris

entre 500 et 3000 Dalton, et ayant, outre les propriétés habituelles des phénols, la capacité de

précipiter les alcaloïdes, la gélatine et autres protéines [1].

Les polyphénols naturels regroupent un vaste ensemble de substances chimiques

comprenant au moins un noyau aromatique, et un ou plusieurs groupes hydroxyles, en plus

d’autres constituants. Ils peuvent aller de molécules simples, comme les acides phénoliques

(acide gallique), à des composés hautement polymérisés, de plus de 30000 Dalton, comme les

tanins (acide tannique) [1].

La biosynthèse des polyphénols fait intervenir des intermédiaires communs à savoir

l’acide cinnamique et l’acide shikimique (Zenk, 1971 ; Zenk et Gross, 1972 ; Amrhein et

Zenk, 1977 ; Alibert et Coll, 1977) [2].

Les polyphénols sont présents dans diverses substances naturelles : sous forme

d'anthocyanine dans les fruits rouges, le vin rouge (en relation avec les tanins), sous forme de

flavonoïdes dans les agrumes, et sous forme de catéchines comme l'epigallocatechin-3-gallate

dans le thé vert, de quercétine dans les pommes, les oignons, etc [1].

II. Propriétés antioxydantes des polyphénols

Les polyphénols possèdent des propriétés antioxydantes et sont capables de piéger les

radicaux libres générés en permanence par notre organisme ou formés en réponse à des

agressions de notre environnement (cigarette, polluants, infections...) tels que O2 (anion

superoxide), HO2 (radical perhydroxyle), H2O2 (peroxyde d’hydrogène), OH (radical

hydroxyle), RO (radical alkoxyle), ROO (radical peroxyle) [4].

Les polyphénols sont les antioxydants les plus abondants dans nos régimes

alimentaires. Nous consommons chaque jour environ un gramme de polyphénols qui

proviennent exclusivement des aliments d’origine végétale. Ils renforcent nos défenses

naturelles contre le stress oxydant et préviendraient ainsi diverses maladies chroniques, telles

que cancers et maladies cardio-vasculaires. L’effet protecteur des fruits et légumes, est sans

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doute, très lié à la présence des très nombreux polyphénols présents dans ces aliments [5]. On

a mesuré in vitro l’activité antioxydante de différents fruits, légumes et boissons riches en

polyphénols [6].

Il a été récemment montré que le rôle antioxydant ne se limitait pas à une protection

des lipides contre l’oxydation par le piégeage des radicaux libres organiques acylperoxyle

(ROO.). Les composés phénoliques issus de l’olive sont capables non seulement de piéger le

radical anion superoxyde (O2-), mais aussi d’en diminuer la production, par les cellules

(monocytes/macrophages) spécialisées dans cette production (en cours de publication) [7].

III. Nature et diversité des composés phénoliques

Les composés phénoliques les plus répandus au niveau des feuilles des végétaux sont

surtout les acides phénoliques, les coumarines, les flavonoïdes et les tanins [2].

1. Les acides phénoliques

Les acides phénoliques sont des composés organiques possédant au moins une

fonction carboxylique et un hydroxyle phénolique. Ils sont répartis en deux grandes classes: il

y’a d’une part les acides benzoïques en C7 : (C6-C1) et d’autre part les acides cinnamiques en

C9 : (C6-C3) [4].

les acides benzoïques

Les acides phénoliques dérivent par hydroxylation de l’acide benzoïque avec une

structure de base de type C6-C1. Ces hydroxyles phénoliques OH peuvent ensuite être

méthylés [2].

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R'

OH

R’

COOH

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On distingue :

Acides benzoïques Formules

Acide p-hydroxybenzoïque R=R’=H

Acide protocatechique R=OH, R’=H

Acide vanillique R=OCH3, R’=H

Acide gallique R=R’=OH

Acide syringique R=R’=OCH3

[8]

NB : L’acide p- hydroxybenzoïque est très toxique. Il se trouve dans les parois cellulaires. Il constitue

avec l’acide vanillique et l’acide syringique, un des composés de la lignine [2].

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Les acides cinnamiques

Les dérivés de l'acide cinnamique ont une structure de base de type C6-C3 dont la

chaîne C3 est linéaire. Les hydroxyles phénoliques OH de ces dérivés peuvent aussi être

méthylés (-O-CH3) [2-8].

[8]

Sources des acides phénoliques

On peut les trouver dans plusieurs sources végétales comme : les épices, les fraises, les

bais, les raisins, les agrumes, les tomates, les ails, les carottes et les coriandres [2].

2. Les coumarines

La coumarine est une substance naturelle organique aromatique connue dans la

nomenclature internationale comme 2H-1-benzopyrane-2-one qui peut être considérée en

première approximation, comme une lactone de l’acide 2-hydroxy-Z-cinnamique. Son odeur

de foin fraîchement coupé a attiré l'attention des parfumeurssur elle dès le XIXe siècle [9].

Le même terme de coumarine désigne aussi la classe des composés phénoliques

dérivés de cette dernière molécule, la 2H-1-benzopyrane-2-one. Ces composés possèdent des

hydroxyles phénoliques qui peuvent être méthylés ou être engagés dans des liaisons

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hétérosides. Plus d’un millier de coumarines naturelles ont été décrites. Elles sont très

largement distribuées dans le règne végétal [9].

La famille des coumarines est formée des composés phénoliques dérivés de la

coumarine simple, la 2H-1-benzopyrane-2-one, molécule elle-même dénuée de groupe

hydroxyle phénolique OH. Toutes les coumarines sont substituées en C7 par un hydroxyle

phénolique [9].

Les divers groupes hydroxyles en C-6, C-7 et C-8, peuvent ensuite être:

Méthylés :

Les coumarines aglycones

R6 R7 R8 Formules

Coumarine

(non phénolique)H H H

Ombelliférone H OH H

Herniarine H OCH3 H

Esculétol OH OH H

Scopolétol OCH3 OH H

Scopanone OCH3 OCH3 H

Fraxétol OCH3 OH OH

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Engagés dans une liaison hétéroside :

Quelques glucosides de coumarine Gluc= β-D-glucopyranosyloxy

CAS Synonyme R6 R7 R8

Skimmine 93-39-0 7-O-glucosyl-ombelliférone H Gluc H

Esculoside 531-75-9 6-O-glucosyl-esculétol Gluc OH H

Cichoriine 531-58-8 7-O-glucosyl-esculétol OH Gluc H

Scopoline 531-44-27-O-Glucosyl-6-

méthoxycoumarineOCH3 Gluc H

L'esculoside, présente dans l'écorce du marronnier d'Inde, est réputée veinotonique.

Esculoside Cichoriine

La fusion de la coumarine avec un hétérocycle supplémentaire à 5 ou 6 atomes

donnent deux nouvelles classes:

Les furanocoumarines :

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Composés formés par la fusion d'un hétérocycle furane avec la coumarine et ses

dérivés. L'association peut se faire

1. soit dans le prolongement de la coumarine (forme linéaire) : psoralène et ses

dérivés (bergaptène, impératorine, xanthotoxine, chalepensine)

2. soit sur le côté (forme angulaire) : angélicine et ses dérivés

PsoralèneBergaptène Angélicine

Les pyranocoumarines :

Composés formés par la fusion d'un hétérocycle pyrane avec la coumarine

1. soit dans le prolongement (forme linéaire) : xanthylétine

2. soit latéralement (forme angulaire) : séseline, visnadine

Xanthylétine Séseline

Les furanocoumarines linéaires (psoralène, bergaptène, xanthotoxine) sont

phototoxiques par contact. Elles peuvent provoquer des dermatites chez les personnes

manipulant les plantes qui en contiennent comme le céleri, le persil, le panais, ou les agrumes.

Certains agriculteurs peuvent se voir contraint d'abandonner leur activité.

L'assemblage de la coumarine et de trois hétérocycles de furanes donne des

aflatoxines, toxines produites par des moisissures au pouvoir cancérigène élevé. Enfin, un

anticoagulant très utilisé en thérapeutique, la warfarine ou coumadine est un dérivé de

synthèse de la bishydroxycoumarine.

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Sources des coumarines

Dans la nature on trouve les coumarines dans les céréales complètes, les baies, les

cerises, les raisins et les agrumes, et certaines plantes [9].

3. Les flavonoïdes

Les flavonoïdes (du latin flavus, jaune) sont des substances généralement colorées

répondues chez les végétaux ; on les trouve dissoutes dans la vacuole à l'état d'hétérosides ou

comme constituants de plastes particuliers, les chromoplastes [Guigniard, 1996] [10].

Leur fonction principale semble être la coloration des plantes (au-delà de la

chlorophylle, des caroténoïdes et des bétalaïnes), même si leur présence est parfois masquée

par leur présence sous forme "leuco", ce qui explique leur intérêt commercial dans l'industrie

alimentaire [Gabor ,1988] [10].

Les flavonoïdes ont une origine biosynthétique commune et ils possèdent tous un

même squelette de base à quinze atomes de carbone constitué de deux unités aromatiques, de

cycle en C6, reliés par une chaine en C3 [Bruneton, 1999] [10].

10 École supérieure de technologie d’Oujda IAA/2009-2010

Fèves tonka Aspérule odorante

Heracleum mantegazzianum

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On peut distinguer notamment dans les flavonoïdes : les flavones, les flavonols, les

flavanones, les isoflavones, les aurones, les chalcones et les anthocyanes…. [2].

a) les flavones :

Les flavones, dérivés de la flavone (lutéoline, apigénine, pigments jaunes existant

dans les pellicules de raisins) [5].

Flavones Formules

Apigénine R1=R2=H

Lutéoline R1=OH, R2=H

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Squelette de base des flavonoïdes [8]

Structure de base des flavones [10-2]

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Tricine R1= R2 = OCH3

b) les flavonols :

Les flavonols (hydroxy-3 flavone) sont largement répondus et incolores, ils sont

caractérisés par la présence carbonylme en position 4 et d'un groupement hydroxyle en

position 3. Les flavonols qui possèdent en plus des hydroxydes en 6 ou 8 colorent certaines

fleurs au jaune primevère [Guignard, 1996 ; Alais et Linden, 1997].

Parmi les flavonols les plus répondus, on trouve le kaempférol (OH en 4', 5, 7), le

quercétol (OH en 3', 4', 5, 7) ces deux flavonols sont incolores; le myricétol est l'isorhamétol

[10].

c) Les flavanones :

12 École supérieure de technologie d’Oujda IAA/2009-2010

Structures chimiques de quelques flavonols [GNU, 2007]

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Ces composés ne comportent pas des groupements OH en position 3, et présentent de

fortes similitudes de structures avec les flavonols [10].

Les flavonones les plus connus sont la naringénine et l’ériodictiol [2].

Flavonones Le radicale R

La naringénine R = H

L’ériodictiol R = OH

d) Les isoflavones :

Ce sont des composés limités au Papilionacés (famille des légumineuses) [2].

Isoflavones Les radicaux libres

Daïdzéine R1=R2=H

Génistéïne R1=OH, R2=H

Orobol R= R’=OH

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Structure de base des flavonones [10-2]

HO

R1

R2

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e) Les flavononols :

Ce sont des composés associés aux tanins. On les trouve aussi dans le bois de

cœur de différentes espèces [2].

Leur structure est la suivante :

f) Les anthocyanes :

Les anthocyanes (du grec anthos, fleur et Kuanos, bleu violet) terme général qui

regroupe les anthocyanidols et leurs dérivés glycosylés [Guignard, 1996]. Ces molécules

faisant partie de la famille des flavonoïdes et capables d'absorber la lumière visible, sont des

pigments qui colorent les plantes en bleu, rouge, mauve, rose ou orange [Harborne, 1967;

Brouillard, 1986].

Leur présence dans les plantes est donc détectable à l'œil nu. A l'origine de la couleur

des fleurs, des fruits et des bais rouges ou bleues, elles sont généralement localisées dans les

vacuoles des cellules épidermiques, qui sont de véritables poches remplis d'eau [Mclure,

1979; Harbone et Grayer, 1988; Merlin et al., 1985].

Si la coloration des fleurs et des fruits est leur rôle le plus connu, on trouve

également les anthocynes dans les racines, tiges, feuilles et graines. En automne, les couleurs

caractéristiques des feuilles des arbres sont du aux anthocyanes et aux carotènes qui ne sont

plus masqués par la chlorophylle [10].

14 École supérieure de technologie d’Oujda IAA/2009-2010

OH

Structure de base des flavononols [10-2]

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Anthocyanidines

R=HR1 R2

Malvidine OCH3 OCH3

Péonidine OCH3 H

Delphinidine OH OH

Pétunidine OCH3 OH

Cyanidine OH H

Remarque

Parmi les flavonoïdes, il y’a aussi :

les aurones, 2-benzylidène-coumaranones, (Hispidol).

les chalcones, au cycle pyranique ouvert, (Butéine, Naringine dihydrochalcone,

néohespéridine dihydrochalcone, Phlorétine) [5].

Sources des flavonoïdes

Le terme flavonoïdes rassemble une très large gamme de composés naturels

appartenant à la famille des polyphénols. Sont présents dans toutes les parties des végétaux

supérieurs: racines, tiges, feuilles, fleurs, pollens, fruits, graines, bois [10].

15 École supérieure de technologie d’Oujda IAA/2009-2010

Structure de base des anthocyanes [10]

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4. Les tanins

Les tanins sont des substances d'origine organique que l'on trouve dans pratiquement

toutes les parties des végétaux (écorces, racines, feuilles, etc.). Elles jouent le rôle d'armes

chimiques défensives contre certains parasites, et caractérisées par une sensation de

dessèchement en bouche [11].

Ils sont caractérisés par leur aptitude à se combiner aux protéines et à d’autres

polymères, tels que la cellulose ou la pectine. Ils inhibent les enzymes par suite de la

combinaison des tanins avec leur fraction protéique. Ils précipitent les alcaloïdes, la gélatine

et d’autres protéines [2].

Il existe deux catégories de tanins, les tanins hydrolysables et les tanins condensés,

tous deux d'origine biosynthétiques différentes. On trouve les deux dans les plantes [11].

- Les tanins hydrolysables

Ils sont composés de sucre et d'acide-phénol.

Les tanins hydrolysables, dérivés de l'acide gallique (lui-même dérivé de l'acide

cinnamique) et d'autres acides polyphénoliques, ne sont pas exactement des acides, mais ils

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résultent de l'estérification, par ces acides, des fonctions alcooliques du glucose. Leur

structure chimique est très variable, mais comporte toujours une partie polyphénolique ; ces

tanins hydrolysables donnent après hydrolyse soit de l'acide gallique soit de l'acide ellagique.

On divise les tanins hydrolysables en deux catégories : les monomères (1

glucose) et les oligomères (X glucose) :

Les tanins hydrolysables monomères :

1) le tanin gallique : acide gallique + 1 glucose. Le plus commun est le

pentagalloylglucose (5 acides galliques et un glucose) qu'on trouve dans les

fagacées, ericacées, géraniacées, acéracées. L'acide tannique (ou

gallotannique) C76H52O46, présent dans les glands, est utilisé pour la

clarification du vin ou de la bière et la dénaturation de l'alcool industriel,

2) le tanin ellagique : HHDP (acide hexahydroxydiphénique) + 1 glucose.

Exemple : noix de galle du chêne,

3) le tanin dihydroellagique : issu de l'oxydation du tanin ellagique. Acide

chébulagique (mirobolan),

4) les tanins complexes : camelliatanin, condensation d'un acide ellagique et

d'un flavonoïde (2 acides ellagiques, 1 flavane-3-ol, 1 glucose). Théacées,

5) les tanins mixtes : acide ellagique + acide gallique, exemple : acide

agrimonique (aigremoine) ;

Les tanins hydrolysables oligomères :

les tanins formés d'acide gallique, d'acide ellagique et plusieurs oses (2 000 à 5 000),

exemples : rugosine de la reine-des-prés, hamamelitanin de l'hamamélis.

- Les tanins condensés

Aussi appelés tanins catéchiques ou proanthocyanidols. Structure : polymères de

flavanes-3-ol et anthocyanidols (flavonoïdes). Les tanins condensés sont à base de phénols,

d'autres sont des mélanges d'esters, de glucose ou d'autres sucres. Les meilleurs tanins sont

issus de la noix de galle du chêne et des feuilles du sumac. La macération dans l'eau, ou dans

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l'alcool dilué, constitue la première étape de la préparation. La précipitation, suivie de

l'évaporation à basse température, donne alors le produit commercial.

Procyanidols issus de fruits (jeune, blanc). Flavanes-3-ol : catéchol,

épicatéchol et gallocatéchol et épigallocatéchol :

procyanidols de type B : une seule liaison interflavanique (en C4 et

C8) (aubépine),

procyanidols de type A : double liaison flavanique (en C4 et C8 et C2

et C7) (marron d'Inde, Cannelle).

Proanthocyanidols (bleus) :

anthocyanidols : delphinidol (cyprès) et cyanidol. La plupart des

tanins condensés sont des anthocyanidols (2 molécules) ou des

proanthocyanidols (plusieurs molécules).

Les tanins ont des couleurs qui vont du blanc jaunâtre au brun et foncent à la lumière.

Ils possèdent une légère odeur caractéristique, un goût amer et sont astringents. Ils se

dissolvent dans l'eau, l'acétone et l'alcool, mais non dans le benzène, l'éther ou le chloroforme.

Chauffés à 210 °C, ils se décomposent pour former notamment du pyrogallol et du dioxyde de

carbone [11].

Sources des tanins

Les tanins sont souvent rencontrés dans le thé noir, beaucoup dans le thé d’herbe, les

dattes, le kiwi, la pêche, les baies, le café, le chocolat, le caroube, la luzerne, le vin rouge et

beaucoup de boissons alcooliques [2].

5. Les lignines

La lignine est la partie non glucidique de la membrane cellulaire. Sa composition

varie en fonction de la plante dont elle est extraite et des conditions de l’extraction.

Sa structure n’est pas connue mais il existe 2 propositions :

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La première a été donnée par Freudenburg en 1964.

Et la deuxième a été donnée par Alder en 1977 [2].

19 École supérieure de technologie d’Oujda IAA/2009-2010

Structure de la lignine proposée par Freudenburg en 1964

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Sources des lignines

La lignine est un des principaux composants du bois, avec la cellulose. C’est un

composé phénolique qu`on le trouve principalement dans les parois pectocellulosiques de

certaines cellules végétales. C`est le deuxième biopolymère après la cellulose synthétisé sur la

Terre [8].

Remarque

En plus de ces types de polyphénols qu’on a traités au paravent et qui sont très

répandus, il existe d’autres familles de polyphénols peu répandus dans lesquelles on connaît

un nombre limité de substances particulières, Chacune d’elles ayant été identifiées très

occasionnellement. Ainsi on distingue :

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Structure de la lignine proposée par Alder en 1977.

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Projet de fin d’études

Les composés phénoliques en C6, en C6 - C1, et en C6 - C2.

les composés phénoliques en C6 - C3.

Les composés phénoliques en C6 - C1 - C6 et C6 – C2 - C6.

Les benzoquinones, naphtoquinones et anthraquinones.

Les biflavonyles.

Les bétacyanines et bétaxanthines [2].

IV. Quelques applications des polyphénols.

Les polyphénols sont des molécules antioxydantes naturelles intéressantes pour la

conservation des aliments que pour celle des produits cosmétiques. Ils développent un effet

protecteur vis-à-vis des rayons UV sur la peau. Cette propriété en fait des actifs potentiels

pour des produits cosmétiques [12].

Protection contre les maladies

Certaines plantes et épices font partie de la pharmacopée traditionnelle asiatique

depuis des siècles, mais ce n’est que récemment que les études scientifiques ont permis de

confirmer ces propriétés médicinales attribuées aux polyphénols. Il a été reconnu que les

flavonoïdes possédaient des activités anti-inflammatoire, antiallergique, hépatoprotectrice,

antithrombotique, antivirale et anticarcinogène [4]. Pour cela, les polyphénols doivent être

absorbés à travers la barrière intestinale et parvenir au niveau des tissus cibles ou ils peuvent

exercer des effets protecteurs. Notre organisme, soumis à un stress oxydant, développe

diverses pathologies comme les maladies cardiovasculaires, les cancers ou les maladies

neurodégénératives. Les effets protecteurs cardiovasculaires des polyphénols sont de mieux

en mieux établis. Selon une étude néerlandaise, la consommation d’aliments riches en

flavonoïdes réduirait la mortalité par maladies coronariennes chez les hommes âgés [13]. Le

LDL oxydé est l’un des principaux facteurs de l’athérogénécité. Certains flavonoïdes sont de

puissants inhibiteurs de l’oxydation des particules de LDL. Les flavonoïdes réduisent en outre

l’agrégation plaquettaire et certains inhibent la production de thromboxane, ce qui contribue à

la lutte contre les phénomènes de thrombose [4]. Le rôle des polyphénols dans la prévention

des maladies cardiovasculaires et des cancers est largement étudié. Ces effets protecteurs sont

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Projet de fin d’études

observés à 3 niveaux grâce aux données épidémiologiques (alimentation riche en

polyphénols), aux données expérimentales chez l’animal, enfin aux études sur cellules en

culture.

Industrie agroalimentaire et des compléments alimentaires

À la suite d’études multiples attestant l’impact positif de la consommation de

polyphénols sur la santé et la prévention des maladies, les industriels commercialisent

maintenant des aliments et des suppléments alimentaires enrichis en polyphénols. Il est

important de connaître au mieux les éventuels effets néfastes pour la santé d’un apport

excessif en polyphénols puisqu’à doses élevées ils produisent des effets pro-oxydants comme

l’inhibition de l’absorption du fer.

Dans l’industrie alimentaire, les polyphénols peuvent mettre à profit leur action

antioxydante pour assurer une meilleure conservation des aliments. Ainsi, les catéchines

contenues dans le thé vert pourraient, dans certains cas, remplacer la vitamine C ou des agents

de conservation chimiques tels le BHT (hydroxytoluène butylé) et le BHA (hydroxyanisole

butylé, mélange de 2-tertiobutyl-4-hydroxyanisole (2-BHA) et de 3-tertiobutyl-4-

hydroxyanisole) [14].

Industrie cosmétique

Pour lutter plus efficacement contre la production de radicaux libres néfastes à la

santé et à la beauté de la peau, les laboratoires pharmaceutiques ont mis au point des

cosmétiques contenant des polyphénols aux propriétés antioxydantes à la fois pour leur

fonction de régulation, de conservation et pour leur action anti-inflammatoire. On peut trouver

sur le marche´ un hydratant corporel qui renferme de l’extrait de pépin de raisin et de l’extrait

d’écorce de pin. Les proanthocyanidines contenues dans ces extraits ont été stabilisées pour

maximiser leur potentiel. Quant à l’extrait de thé vert, il contribue à réduire les effets nocifs

de l’exposition aux rayons UV et réduit l’inflammation cutanée [15]. D’autres expériences

menées à la fois sur des souris et sur des hommes ont cherché à démontrer les effets

bénéfiques des polyphénols du thé vert sur la peau [16, 17].

22 École supérieure de technologie d’Oujda IAA/2009-2010

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CHAPITRE 2

BIODISPONIBILITÉ DES POLYPHÉNOLS

23 École supérieure de technologie d’Oujda IAA/2009-2010

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Projet de fin d’études

1. Généralités

La proportion « biodisponible » d’un composé actif désigne la quantité de ce

composé qui est disponible pour exercer une action bénéfique dans l’organisme. Le terme «

biodisponibilité » recouvre donc les étapes d’absorption, de métabolisation, de stockage et

d’excrétion de ce composé, la finalité étant la détermination de la quantité finale disponible

sous forme active dans l’organisme.

La biodisponibilité des composés phénoliques est restée pendant très longtemps

méconnue : les études réalisées au cours des années 1960 à 1980 utilisaient pour la plupart des

flavonoïdes aglycones, qui ne représentent pas les formes les plus abondantes des aliments.

La biodisponibilité des polyphénols est un domaine de recherche en perpétuelle

évolution. Les travaux sont très nombreux et pour la plupart très récents. Les doses utilisées,

le modèle animal choisi et l’influence de la forme d’administration sont autant de variables

expérimentales dont l’importance est encore mal connue [18].

Les effets sur la santé des polyphénols ne dépendent pas seulement de leurs niveaux de

consommation mais aussi de leur biodisponibilité dans le plasma sanguin. À la différence de

la vitamine E et des caroténoïdes qui s’accumulent dans le tissu adipeux, les polyphénols ne

peuvent pas être stockés.

La biodisponibilité des polyphénols a un effet sur la capacité antioxydante des tissus.

In vitro, le pouvoir antioxydant de nombreux polyphénols est supérieur à celui de la vitamine

C et de la vitamine E, s’ils étaient absorbés comme ces vitamines et non métabolisés, leur

impact antioxydant serait considérable. Mais les effets antioxydants au niveau subcellulaire

sont difficiles à évaluer [14].

Lorsqu’un polyphénol est ingéré, il traverse plusieurs compartiments dans lesquels il

peut être métabolisé, accumulé ou éliminé. Dans l’organisme, le mécanisme de métabolisation

au niveau des entérocytes et du foie a pour conséquence de diminuer la toxicité de molécules

qui lui sont étrangères. Les possibilités de métabolisation dans le tube digestif ne s’arrêtent

pas à l’action des entérocytes ou du foie. En effet, les polyphénols sont intensivement

dégradés par la flore intestinale.

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Projet de fin d’études

Des études ont par ailleurs montré que certaines enzymes de la paroi intestinale

possédaient également une activité hydrolytique vis-à-vis des flavonoïdes glycosylés (Day et

al., 1999).

Donc, l’évaluation de la biodisponibilité d’un composé phénolique présent

dans un aliment nécessite d’étudier à la fois son absorption, sa métabolisation et les effets sur

le stress oxydatif provoqués par un grand nombre de produits de dégradation.

2. Les niveaux étudiés pour l’évaluation de la biodisponibilité des

polyphénols

Tous les polyphénols sont susceptibles de participer à la protection contre les maladies

cardiovasculaires, certains cancers… Néanmoins, l’absorption, la métabolisation et

l’excrétion de ces molécules sont très dépendantes de leurs structures chimiques (squelette

carboné, position et nombre de groupements phénoliques, présence d’une charge…).

Quelques éléments ressortent des travaux publiés (Rondini, 2002) :

L’absorption est d’autant plus forte que la solubilité dans le tractus digestif ou que

l’affinité pour la membrane intestinale est grande. La forme ingérée (simple, glycosylée ou

estérifiée) joue un rôle considérable dans la biodisponibilité des polyphénols : les formes

glycosylées sont préalablement hydrolysées par la microflore intestinale et leur apparition

dans le plasma est de ce fait retardée. Les formes glycosylées pourraient aussi être absorbées

telles quelles par transport actif, vraisemblablement au niveau du récepteur glucose/sodium

dépendant. Cependant, le mécanisme réel d’absorption des polyphénols reste inconnu. On

peut en effet se demander si leur faible masse molaire, leur faible charge ionique et leur

polarité conduisent à une diffusion passive ou si le passage de la barrière intestinale est plutôt

réalisé via une diffusion facilitée ou un transport actif (cas des formes glucosylées).

La métabolisation des polyphénols est très importante. Quelle que soit la classe de

polyphénols considérée, la proportion de forme native dans le plasma ou l’urine est faible, et

les métabolites conjugués (formes sulfatées et/ou glucuronidées) sont largement majoritaires

(> 75 %). Par ailleurs, un certain nombre de flavonoïdes et d’acides phénoliques sont

méthylés au niveau du noyau catéchol. Enfin, la métabolisation par la flore intestinale est

intense et serait à l’origine d’un grand nombre de dérivés. Or, à de rares exceptions près, la

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biodisponibilité de ces métabolites n’est pas prise en compte dans la biodisponibilité totale du

composé ingéré.

Le transport des polyphénols et de leurs métabolites dans le sang est assez peu étudié

bien que les conséquences en terme d’effet protecteur soit important : la liaison avec une

protéine de transport réduit fortement la vitesse d’élimination du composé mais sa distribution

dans tissus est probablement plus faible. Une association avec la fraction lipoprotéique du

sang permettrait une action in situ des polyphénols.

La distribution dans les tissus reste le point le plus méconnu. De rares études font

état de la présence de polyphénols et de leurs métabolites dans de nombreux tissus (foie, reins,

cerveau, poumons…) mais leur concentration extravasculaire reste faible.

L’élimination est dépendante de la polarité du composé : les composés les moins

polaires ainsi que les métabolites méthylés sont préférentiellement excrétés par voie biliaire

tandis que les autres formes sont éliminées par voie urinaire. Cependant, aucune « exclusivité

» n’a été mise en évidence. Enfin, certains flavonoïdes pourraient être directement relargués

au niveau des entérocytes après métabolisation (Rondini et al., 2003 ; Scalbert et Williamson,

2000) [18].

3. Quelques difficultés rencontrées lors de l’étude de la biodisponibilité

Il existe différentes manières d’évaluer la biodisponibilité d’un composé de manière

directe. Il est possible de marquer les molécules radioactivement puis de suivre leur devenir

dans l’organisme en mesurant la radioactivité au niveau des organes. Cependant, cette

méthode nécessite des équipements lourds et ne donne pas nécessairement l’information

recherchée, de la radioactivité étant retrouvée, dans certaines études, jusque dans le CO2

expiré (Mullen et al., 2002). Une méthode plus simple à mettre en œuvre consiste à récupérer

les urines du sujet pendant 24 heures, puis à doser les composés phénoliques, présents en

général en concentration plus importante que dans le plasma. L’information obtenue est assez

fiable, mais ne permet pas de connaître la cinétique d’absorption dans l’organisme. Pour

obtenir cette information, on peut avoir recours aux techniques de canulation sur des rats (ou

récupérer les poches d’humains iléostomisés) et à des études d’absorption in vitro, par

exemple par la technique de l’intestin éversé. Cependant, avec ces méthodes, on perd

l’information sur la digestion colique, importante dans le cas des composés phénoliques

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retenus dans les fibres. De plus, cette technique peut induire un certain stress des tissus et ne

pas refléter l’absorption réelle du composé.

Le gain de précision des méthodes de mesure (détection électrochimique et

spectrométrie de masse ont remplacé la détection en spectrophotométrie UV) permet à présent

de doser les composés phénoliques présents dans le plasma, à des doses de l’ordre du

micromolaire. Il est ainsi possible de connaître à la fois les cinétiques d’absorption et les

quantités de polyphénols potentiellement distribuées aux tissus (on sait encore mal analyser le

contenu en polyphénols des organes cibles). Dans toutes les méthodes, excepté celles mettant

en œuvre des composés marqués, il est cependant indispensable d’utiliser des enzymes qui

effectuent une hydrolyse des formes conjuguées circulantes afin de déterminer la

concentration totale en polyphénols puisque les formes conjuguées ne sont pas détectées telles

quelles par les méthodes d’analyse, sauf dans le cas des analyses par CLHP (Chromatographie

Liquide Haute Performance) couplée à une détection en spectrométrie de masse dont

l’utilisation dans les études de biodisponibilité est cependant encore peu répandue. Les

composés phénoliques pourraient de plus soit être naturellement déconjugués lorsqu’ils

atteignent les tissus cibles, soit encore conserver un certain pouvoir antioxydant sous forme

conjuguée (Rondini, 2002).

Cependant, il est difficile de tirer des conclusions sur l’influence de la matrice

alimentaire sur la biodisponibilité des polyphénols en se basant uniquement sur des

comparaisons de biodisponibilité des polyphénols dans différents aliments, et ce pour

plusieurs raisons. D’une part, parce que les conditions et les méthodes d’analyse sont

rarement comparables d’une étude à l’autre (méthode d’analyse différente, modèle animal

différent), d’autre part, les polyphénols ne sont pas nécessairement sous la même forme dans

les différents aliments [18].

Exemple : la biodisponibilité des polyphénols du thé

Le thé constitue une des sources les plus riches en polyphénols de notre alimentation.

Les principales molécules qu'il contient sont des flavanols (épicatéchines), des flavonols, des

acides phénoliques, avec également dans le thé noir des formes condensées appelées

théaflavines et théarubigènes. Les études de pharmacocinétique et de biodisponibilité de ces

polyphénols chez l'homme sont encore insuffisantes pour évaluer la contribution relative des

différentes classes dans les effets santé du thé. Il a été montré à plusieurs reprises que les

flavanols et les flavonols sont retrouvés dans le plasma après consommation de thé, sous la

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forme de dérivés glucuronidés et sulfatés, éventuellement méthylés. Cependant les

concentrations de métabolites sont faibles (< 1 μM), et il est encore impossible de savoir si

elles sont suffisantes pour se traduire par une action biologique. De plus, ces métabolites ne

semblent pas se maintenir très longtemps dans le plasma (< 24 h). Par ailleurs les flavanols et

flavonols sont en grande partie dégradés par la flore intestinale en acides phénoliques simples,

qui sont retrouvés dans le plasma et les urines et dont les effets biologiques restent à

déterminer. Le devenir des théaflavines et théarubigènes du thé noir dans l'organisme n'a

jamais été étudié, les structures chimiques de ces composés n'étant pas encore totalement

déterminées. Il est également important de noter que les différentes pratiques de

consommation du thé (préparation de l'infusion, addition de lait ou de citron...) semblent avoir

une influence sur l'absorption des polyphénols [19].

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CHAPITRE 3

INFLUENCE DES INTERACTIONS POLYPHÉNOLS/PROTÉINES

LAITIÈRES SUR LA BIODISPONIBILITÉ DES POLYPHÉNOLS

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Projet de fin d’études

1. Généralités

Généralement dans l’aliment, les interactions polyphénols/macronutriments ontcomme conséquence :

d’éliminer ou de rendre inactive une partie des polyphénols contenus

dans le fruit d’origine, notamment par oxydation enzymatique.

de limiter l’extraction des composés phénoliques dans le produit fini lorsde la fabrication.

Probablement de limiter le pouvoir antioxydant potentiel d’un alimentvis-à-vis de l’organisme en bloquant une ou plusieurs fonctionsphénoliques.

Parmi les macronutriments qui interagissent avec les polyphénols on distingueles protéines laitières.

Les boissons riches en polyphénols, telles que le thé, le café ou le chocolat, sontsouvent consommées avec du lait.

2. Mécanismes de formation des complexes polyphénols/protéines laitières

Plusieurs équipes se sont attachées à proposer un mécanisme de formation des

complexes réversibles protéines – polyphénols. Dans une première étape, les deux molécules

(protéine et polyphénol) s'orientent l'une par rapport à l'autre, guidées par des effets

hydrophobes, ce qui expliquerait la dépendance de la capacité de flexibilité conformationelle

du polyphénol. La liaison s'effectuerait ainsi dans une poche hydrophobe de la protéine,

constituée en grande partie de résidus proline (Spencer et al., 1988), mais également de

résidus glycine et arginine comme le montrent des données obtenues par Résonance

Magnétique Nucléaire (R.M.N.) avec des peptides de synthèse (Baxter et al., 1997). Des

liaisons hydrogène se formeraient entre les groupements phénoliques et les groupements

polaires de la protéine (Spencer et al., 1988). Ce résultat est confirmé par le fait que

l’augmentation du nombre de groupements phénoliques de la molécule, autrement dit son

degré de polymérisation, est corrélée positivement à l’intensité de la formation des

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Projet de fin d’études

interactions. L'importance relative des effets hydrophobes par rapport aux liaisons hydrogène

lors de cette phase n'est en revanche pas bien connue [18].

3. Résultats expérimentaux

Dans une étude datant de 1963, Brown et Wright, utilisant la migration des protéines

en électrophorèse, suggéraient que les protéines du lait étaient susceptibles d’interagir avec les

polyphénols du thé. Les tanins du thé noir, notamment, interagiraient avec les caséines et les

lactoglobulines, l’α-lactalbumine ne pouvant interagir avec les polyphénols du thé que si la

caséine n’est pas présente dans le milieu (Brown et Wright, 1963).

Les complexes à liaisons covalentes faisant intervenir des molécules de taille

relativement faible telles que des acides phénoliques et de très petits peptides, sont

susceptibles d’être absorbés tels quels comme le suggèrent certains travaux (Hurell et al.,

1982). Dans leur étude, ces auteurs ont formé des complexes à liaison covalente entre les

résidus lysine de la caséine marqués radioactivement et de l'acide caféique oxydé qu'ils ont

administrés à des rats durant 10 jours. Les contenus en lysine marquée de divers organes, des

urines, du sang et des fèces des sujets ont été analysés après 72 heures. Les résultats montrent

qu'une grande partie de la radioactivité est retrouvée dans les fèces, et qu'également une partie

non négligeable a été incorporée dans les organes. Cette quantité est moindre lorsque la

caséine est couplée à des composés phénoliques mais ne diminue que de 25 % environ

comparée à la caséine seule. Ainsi, si les complexes alimentaires de forte masse moléculaire

sont considérés comme peu voire non absorbables, il n'en irait pas de même pour les

complexes de taille plus modeste. On peut supposer qu'ils seraient susceptibles d'être

partiellement décomposés, au moins au niveau de la protéine avant une absorption éventuelle

[18].

4. Études de l’effet des protéines laitières sur la biodisponibilité despolyphénols

Diverses études se sont intéressées à l’effet de l’ajout des protéines laitières dans des

boissons ou des aliments riches en polyphénols sur le pouvoir antioxydant du plasma acquis

suite à la consommation de ceux-ci.

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Projet de fin d’études

Ainsi, Serafini et al. (1996) montrent que l'addition de 25 % de lait à une infusion de

thé vert ou noir annule totalement le pouvoir antioxydant acquis par le plasma après ingestion

de la même quantité de thé pur chez l'homme. Des résultats similaires ont été trouvés par le

test FRAP (Ferric Reducing Ability of Plasma) pour une consommation de 6 tasses de thé noir

tout au long d’une Matinée, avec ou sans lait, (Langley-Evans, 2000). Dans les deux cas, les

auteurs attribuent ce phénomène à la formation de complexes polyphénols/protéines laitières,

non dissociés au pH gastrique, entraînant la non absorption des polyphénols et donc la

disparition du pouvoir antioxydant. Cette hypothèse est corroborée par les travaux d’autres

auteurs, qui montrent que l'incubation in vitro d'extraits de thé vert ou noir avec différentes

protéines laitières (caséines et albumine) se traduit par un masquage partiel du pouvoir

antioxydant des polyphénols du thé (Arts et al., 2002). L'annulation du pouvoir antioxydant

acquis par le plasma suite à l'ajout de lait dans le thé ingéré par les sujets pourrait donc être

due dans un premier temps à une complexation d'une partie des composés actifs du thé dans la

tasse elle-même avant ingestion. Les composés restants pourraient ensuite se complexer avec

des protéines salivaires et/ou intestinales, voire des protéines plasmatiques. Des résultats

obtenus in vitro dans un système dynamique d’absorption, en présence de lait plus ou moins

appauvri en matières grasses, vont dans le sens de cette hypothèse (Krul et al., 2001): le

pouvoir antimutagène (test de Ames) acquis par le dialysat après digestion de thé est

partiellement supprimé après ajout de lait. Par exemple, dans la fraction recueillie 2 heures

après le début de la digestion (la plus antimutagène), l’effet antimutagène du thé noir est

diminué de 22 % en présence de lait entier, de 42 % en présence de lait demi-écrémé et de 78

% avec du lait écrémé. Avec le thé vert, la suppression de l’effet antimutagène induit par la

présence de lait est encore plus marquée puisqu’elle varie entre 60 et 90 % pour ces trois

types de lait. Les auteurs ont confirmé que la perte d’effet antimutagène provenait bien d’une

diminution de la quantité de (-)-épicatéchine et de (+)-catéchine dans les fractions dialysées. Il

est cependant à noter que des études de biodisponibilité, réalisées sur ce même thème,

montrent des résultats différents : d’autres équipes (Hollman et al., 2000 ; Van Het Hof et al.,

1998), travaillant uniquement avec du thé noir et des quantités de lait inférieures à celles

utilisées par Serafini et al. (Respectivement 16 % et 10 % contre 25 % dans l'étude de Serafini

et al. (1996)), ne trouvent en effet pas de différence dans les concentrations en composés

phénoliques du thé ((+)-catéchine et quercétine) retrouvées dans le sang suite à l'ingestion de

thé noir avec ou sans lait. Les résultats de ces études semblent donc plus ou moins dépendre

des méthodes de mesure employées (mode de préparation des échantillons, quantités

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Projet de fin d’études

ingérées…) et sont donc à manipuler avec précaution. La différence de composition des thés

vert et noir peut toutefois expliquer ces contradictions.

Le thé noir, résultat de la fermentation du thé vert, contient en effet essentiellement

des théaflavines et des théarubigines, molécules de plus haut poids moléculaire que leur

monomère, la (+)-catéchine, contenue en abondance dans le thé vert (Graham, 1992). Les

auteurs trouvant des résultats contredisant ceux de Serafini et al. (1996) n’ont utilisé que du

thé noir et des quantités moindres de lait. En l'absence de données concernant les quantités de

théaflavines présentes dans le thé noir utilisé, on peut penser que, dans leur expérience, la

totalité du lait ajouté au thé noir (en plus faible quantité que dans l’expérience de Serafini et

al., 1996), a pu être complexée par les théaflavines de plus haut poids moléculaire que les

catéchines, laissant ces dernières libres d'être absorbées. La différence avec l'étude de Serafini

et al. Proviendrait donc de la quantité de lait ajoutée.

De même, très récemment, Serafini et al. (2003) ont mis en évidence in vivo une

diminution de la capacité antioxydante du plasma humain si le chocolat (solide) était

consommé en présence de lait ou sous forme de chocolat au lait. Le pouvoir antioxydant du

plasma humain a été mesuré par le test FRAP après la consommation de 100 g de chocolat

noir, avec ou sans 200 mL de lait, et de 200 g de chocolat au lait. Les doses consommées lors

de cette étude reposent sur le fait que l’extrait de polyphénols de chocolat au lait était in vitro

deux fois moins antioxydant que l’extrait de chocolat noir. Les résultats montrent que le

pouvoir antioxydant plasmatique acquis par les sujets suite à l’ingestion de chocolat noir seul

est significativement plus important une heure après ingestion que celui des sujets ayant

ingérée des préparations contenant également du lait. Ce pouvoir antioxydant moindre est

associé à une absorption plus faible de la (+)-catéchine, qui est retrouvée en concentration

significativement inférieure dans le plasma des sujets ayant consommé le chocolat en

présence de lait. Cependant, une autre équipe a trouvé des résultats différents, mais en

utilisant une boisson au cacao à l’eau ou au lait : aucune différence significative n’a été

retrouvée dans la composition plasmatique en (-)-épicatéchine ou dans le pouvoir antioxydant

des plasmas des différents sujets ayant consommé l’une ou l’autre des boissons (Schroeter et

al., 2003). Toutefois, là encore, la quantité de lait utilisée est moins importante (facteur 10)

que dans l’étude de Serafini et al (2003).

Les résultats concernant le pouvoir antioxydant du plasma suite à l’ingestion de

produits alimentaires solides ou liquides contenant à la fois des polyphénols et du lait sont

33 École supérieure de technologie d’Oujda IAA/2009-2010

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Projet de fin d’études

donc contradictoires. On peut également envisager que le pouvoir antioxydant plasmatique

déterminé dans ces études ne provenait pas exclusivement des composés phénoliques. Cette

hypothèse a d’ailleurs été avancée pour remettre en question les résultats de l’étude de

Serafini et al. concernant le chocolat (Serafini et al., 2003), l’augmentation de pouvoir

antioxydant observé pouvant être due à l’urée, également présente dans le plasma et dont le

pouvoir réducteur est également pris en compte dans la méthode de mesure utilisée, le test

FRAP (Halliwell, 2003).

Il est donc indispensable, pour connaître le pouvoir antioxydant potentiel total du

plasma, de mener de front les deux types d’étude, à savoir l’analyse du pouvoir antioxydant

du plasma, ce qui donne une information sur l’effet santé « réel » de la consommation de

polyphénols dans une matrice alimentaire, et l’analyse de la teneur plasmatique en composés

phénoliques.

En effet, comme le suggèrent quelques études, il n’est pas impossible que les formes

liées par exemple à des protéines dans le plasma, ne soient pas libérées avant action sur les

tissus cibles [18].

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Projet de fin d’études

CONCLUSION

Les polyphénols, groupe de molécules de structures variées, trouvent d ores et déjà

une large utilisation en phytothérapie. Pour autant, leur connaissance est encore imparfaite. Ils

suscitent actuellement beaucoup d intérêt en raison du bénéfice qu’ils pourraient apporter en

termes de prévention des maladies liées au vieillissement : infarctus du myocarde, cancers,

maladies neurodégénératives. Mais on continue de s interroger sur le réel impact de leur

action anti-oxydante sur la santé humaine, et leur biodisponibilité elle-même est encore mal

élucidée. C est pourquoi des études, tant pharmacologiques que cliniques, sont encore

nécessaires.

L’étude de la biodisponibilité de polyphénols se base uniquement sur sa comparaison

dans différents aliments, et ce pour plusieurs raisons :

les conditions et les méthodes d’analyse sont rarement comparables d’une

étude à l’autre

les polyphénols ne sont pas nécessairement sous la même forme dans les

différents aliments

Les interactions des polyphénols avec les protéines laitières et avec les

macronutriments en générale, peuvent éliminer ou de rendre inactive une partie des

polyphénols. Donc il est conseillé de séparer la consommation des aliments contenant des

polyphénols et les produits laitières tels que café au lait, chocolat au lait…

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