Optimisation de l'extraction des polyphénols sans pesticides ainsi que leurs caractérisations dans les extraits d'oignon jaune et rouge

© Ichrak Hichri, 2019

Optimisation de l'extraction des polyphénols sans

pesticides ainsi que leurs caractérisations dans les

extraits d'oignon jaune et rouge

Mémoire

Ichrak Hichri

Maîtrise en sciences et technologie des aliments - avec mémoire

Maître ès sciences (M. Sc.)

Optimisation de l’extraction des polyphénols sans

pesticides ainsi que leurs caractérisations dans les

extraits d’oignon jaune et rouge

Mémoire

Ichrak Hichri

Sous la direction de :

Paul Angers, directeur de recherche

Yves Desjardins, codirecteur de recherche

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Résumé

L’oignon est riche en composés phénoliques antioxydants qui sont largement étudiés pour leurs effets sur la santé, notamment sur les maladies cardiovasculaires et le diabète, etc. La récupération des polyphénols à partir de la matière première ayant été exposés à l’application de pesticides présente un risque d’enrichir les fractions en ces composés toxiques. L’objectif de la présente étude était d’optimiser les paramètres d’extraction des polyphénols d’oignons jaune et rouge afin d’obtenir un produit riche en composés phénoliques et sans pesticides. Cette étude a été menée sur différentes parties d’oignons : tige, racine, bulbe et pelure. Les analyses des extraits de pesticides pour les différentes parties d’oignon jaune et rouge ont été faites par GC/MS. Les résultats obtenus ont montré que seules les racines des oignons jaunes contiennent 0,7 mg/kg matière sèche de PENDIMETHALIE, une teneur qui dépasse la norme européenne exigée (0,1 mg/kg de matière sèche). Par conséquent, l’étude de la caractérisation des polyphénols des différentes parties d’oignons jaune et rouge a été faite sur des variétés d’oignons n’ayant pas reçu de pesticides. Ainsi, l’analyse des polyphénols par UPLC-MS a montré que la tige des oignons rouges, en contenait beaucoup et contenait en particulier de grande quantité de quercétine (7810,33 mg équivalent quercétine/kg matière séchée). Afin d'augmenter le rendement en polyphénols, quatre paramètres d’extraction ont été optimisés : le temps de macération (0h, 0,5h et 1h), la température (22, 50 et 78 °C), la concentration en éthanol (0%, 50% et 100%) et le ratio soluté/solvant (1:10, 1:30 et 1:50 g/ml) en utilisant un plan d’expérience statistique D-optimal. Le travail d’optimisation a été fait sur le plateau de tallage des oignons rouges dépourvue en pesticides et riche en polyphénols. L’extrait éthanolique a montré un meilleur rendement pour un temps d’extraction de 50 minutes et une concentration en éthanol de 53,75%. L’extraction a été répétée avec les conditions optimisées et a donné un rendement de 119,45 g polyphénols/kg matière sèche.

iv

Abstract

The onion possesses a specificity by the antioxidant phenolic compounds. The latter is widely studied for their diverse effects on the health in particular on the cardiovascular diseases, the diabetes, etc. The objective of the present study was to optimize the parameters of extraction of the polyphenols from yellow and red onions to obtain a product rich in antioxidizing molecules without pesticides. This study was led on the various parts of onions: stalk, root, bulb and peel. The analyses of the extracts of pesticides for the various parts of yellow and red onions was made with GC / MS. The result showed that only the roots of the yellow onions contain a pesticide: the PENDIMETHALIN with a quantity of 0,7 mg / kg dry material, which exceeds the European require standard (0,1 mg / kg of dry material). Consequently, the study of the characterization of the polyphenols of the various parts of yellow and red onions established was made on varieties of onions devoid of pesticides. So, analysis of the polyphenols by UPLC-MS/MS showed the wealth of the part stalk of the red onions in the latter, in particular in quercetin (7810,33 mg / kg in dry material). To increase the kinetics of extraction of polyphenols, four parameters of extraction were optimized: the time (0h, 0,5h and 1h), the temperature (22°C, 50°C and 78°C), the ethanol concentration (0%, 50% and 100%) and the solute/solvent ratio g / ml (1:10, 1:30 and 1:50) by using a plan of statistical experience D-optimal. After the statistical study, the ethanolic extract showed a better yield for a while on extraction of 50 min and a ethanol concentration in 53,75 %. The extraction was repeated with the optimized conditions and gave a yield on 119,45 g of polyphenols totals / kg dry material.

v

Table des matières

Résumé ... iii

Abstract ... iv

Table des matières... v

Liste des figures ... viii

Liste des tableaux ... ix

Remerciements ... x

Introduction ... 1

Revue de littérature ... 5

1.1 L’oignon : une plante riche en composés phénoliques ... 5

1.1.1 Production ... 5

1.1.2 Une plante riche en bienfaits ... 6

1.2 Les polyphénols : molécules complexes aux propriétés bienfaitrices... 8

1.2.1 La structure ... 8

1.2.2 Classification des polyphénols ... 8

1.2.3 Les effets bénéfiques des polyphénols ... 11

1.3 Méthodes d’extraction des molécules bioactives ... 13

1.3.1 Méthodes d’extraction conventionnelles ... 13

1.3.2 Techniques d’extraction innovantes ... 14

1.4 Les pesticides ... 16

1.4.1 Définition des pesticides ... 16

1.4.2 Les principales familles de pesticides utilisées dans la culture de légumes et de fruits ... 16

1.4.3 Les pesticides utilisés dans la culture de l’oignon ... 17

Problématique, hypothèse de recherche, objectif principal et objectifs spécifiques ... 23

2.1 Problématique... 23

2.2 Hypothèse de recherche ... 23

2.3 Objectif général ... 23

2.4 Objectifs spécifiques ... 23

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3.1 Résumé ... 25

3.2 Introduction ... 26

3.3 Matières premières étudiées ... 28

3.4 Réactifs et solutions ... 28

3.5 Méthodes ... 28

3.5.1 Préparation des échantillons pour analyse des pesticides : chlorpyrifos, lambda- cyhalothrine et pendimethaline ... 28

3.5.2 Disque QUECHERS kit- AOAC METHOD 2007 ... 29

3.5.3 Analyse ... 30

3.6 Résultats et discussion ... 30

3.6.1 Résultats... 30

3.6.2 Discussion ... 32

3.7 Conclusion ... 33

Caractérisation des sous-produits de l’oignon (Allium cepa L.) pour leur teneur en polyphénols et flavonoïdes à l'aide de méthodes UPLC MS/MS et spectrophotométrique ... 34

4.1 Résumé ... 34

4.2 Introduction ... 35

4.3 Matériel et méthodes ... 37

4.3.1 Préparation des différentes parties d’oignons pour l’optimisation de l'extraction des polyphénols et leur caractérisation ... 37

4.3.2 Réactifs et solutions ... 37

4.3.3 Procédé d'extraction ... 37

4.3.4 Analyse ... 37

4.4 Résultats et Discussion ... 40

4.5 Conclusion ... 43

Optimisation du processus d'extraction des composés phénoliques à partir des rejets industriels de l’oignon (Allium cepa L.) ... 44

5.1 Résumé ... 44 5.2 Introduction ... 45 5.3 Matériel et méthodes ... 47 5.3.1 Réactifs et solutions ... 47 5.3.2 Matière première ... 47 5.3.3 Méthode ... 47

vii 5.3.4 Analyse ... 48 5.4 Résultats et discussions ... 51 5.4.1 Résultats... 51 5.4.2 Discussion ... 54 5.5 Conclusion ... 55

Discussion, conclusion et perspectives... 57

Discussion ... 57

Conclusion ... 58

Perspectives ... 58

viii

Liste des figures

Figure 1-1 : Répartition mondiale de la production d'oignon (Source : FAO STAT,2014)

... 5

Figure3-1 : Différentes parties des oignons jaunes : a) pelure, b) bulbe, c) tige et d) racine ... 29

Figure 3-2 : Chromatogramme des standards des pesticides chlorpyrifos (15.78 min), lambda- cyhalothrine (21.11 min) et pendimethaline (16.57 min) ... 31

Figure 3-3 : Spectre de masse et structure de chlorpyrifos ... 31

Figure 3-4: Spectre et structure de la lambda-cyhalothrine ... 31

Figure 3-5 : Spectre de masse et structure de la pendimethaline ... 32

Figure 5-1 : Courbe 3D montrant l'effet d'interaction de paramètres d'extraction temps et concentration de solvant sur le rendement en polyphénols ... 52

ix

Liste des tableaux

Tableau 1-1 : listes des Pesticides identifiées dans des extraits de polyphénols d’oignons

cultivés au Québec en 2013 et ses Limites de quantification en mg/kg selon la norme canadienne et le règlement (396/2005) exigé par l’Union européen ... 19

Tableau 3-1 : Conditions chromatographiques d’analyses des pesticides ... 30 Tableau 3-2 : Quantification des pesticides dans les extraits de différentes parties des

oignons jaunes ... 32

Tableau 4-1 : Standards de polyphénols utilisés pour l’identification et la quantification

des extraits de différentes variétés d’oignons. ... 39

Tableau 4-2 : Profil des polyphénols dans les différentes parties des variétés d’oignons

jaunes Trekker et Lasalle. ... 40

Tableau 4-3 : Profil des polyphénols dans les différentes parties des variétés d’oignons

rouges Red emperor et Red wing ... 41

Tableau 5-1: Matrice des quatre variables utilisées avec le modèle D-optimal pour

l’extraction des polyphénols de la partie tige d’oignon rouge variété Red emperor avec un mélange éthanol/eau... 50

Tableau 5-2 : Analyse de variance (ANOVA) du modèle polynomial quadratique de

polyphénols ... 52

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Remerciements

Ce manuscrit est le résultat d’un travail d’équipe et il n’aurait pas vu le jour sans l’aide scientifique et technique ainsi que le soutien moral de nombreuses personnes.

Ce travail a été réalisé à Institut sur la Nutrition et des Aliments Fonctionnels (INAF), université Laval, je tiens à remercier M. Paul Angers et M. André Gosselin de m’avoir accueilli dans leur établissement.

Je suis reconnaissant envers mon directeur M. Paul Angers, professeur à université Laval, de qui j’ai beaucoup appris au cours de mes années d’étude, aussi j’ai apprécié la liberté de décision au cours de ces années, m’ayant permis d’acquérir beaucoup d’autonomie et de responsabilité.

Mes vifs remerciements s’adressent à M. Yves Desjardins, co-directeur de ce projet, d’avoir bien voulu m’accorder de son temps pour juger mon travail et ses révisions de qualité de mon rapport. Je lui exprime ma profonde gratitude pour m’avoir guidé et largement soutenu tout au long de cette année. Cette étude a bénéficié de sa rigueur scientifique et de son esprit critique et pour avoir apporté une dimension industrielle au projet avec Diana Food Canada (anciennement Nutra Canada). Je remercie aussi M. André Gosselin pour son soutien.

Je remercie ainsi toute l’équipe du laboratoire : Lemia, Ashraf, Minty, Rafik et Maelle pour leur aide afin de résoudre les problèmes techniques lors de la réalisation de mes expérimentations.

Je remercie tout le personnel de l’INAF pour l’ambiance agréable de travail et la disposition de leur expérience.

Merci à toutes les personnes qui ont partagé le bureau ainsi que mes collègues et amis INAFiens qui ont rendu cette expérience encore plus belle : Ana-Sofia, Juan, Elena, Carolina et José Luis.

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Je voudrais également remercier tous mes amis Fatima Ezzahra, Chourouk, Ghada, et Hajar, pour leur soutien, les moments passés ensemble et leur présence assidue aux apéros.

Je voudrais remercier bien évidemment mes parents et ma sœur, pour m’avoir encouragée et soutenue tout au long de ce travail par les nombreux appels. Merci également de m’avoir donné tout au long de ma vie les outils me permettant de prétendre maintenant au grade de maitre. Cette réalisation est en grande partie possible grâce à vous.

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Introduction

Au cours des dernières décennies, le domaine de la nutrition a radicalement changé. Il s'est transformé en une discipline non seulement intéressée aux éléments nutritifs essentiels, à la survie et la croissance, mais aussi aux composés bioactifs présents dans l'alimentation humaine qui peuvent optimiser la fonction du corps et la santé globale. Les molécules bioactives sont des substances qui ne sont pas essentielles au maintien des fonctions corporelles, mais qui peuvent favoriser la santé et / ou prévenir contre l’apparition de certaines maladies. Le développement de production des produits bioactifs et les études concernant leur impact sur la santé humaine vise à couvrir un domaine de recherche qui n'a pas cessé de croître au cours des deux dernières décennies et qui promet de continuer à attirer des scientifiques pour les années à venir. Par conséquent, ce développement se concentre sur les méthodes d’extraction des bioactifs végétaux et les changements biologiques associés à leur consommation, en tenant compte de leur impact sur le développement de la maladie (Fraga and Oteiza, 2018). Plusieurs études épidémiologiques et leurs méta-analyses associées ont montré que le suivi d’un régime alimentaire à base des plantes riches en molécules bioactives tel que polyphénols, offrent la protection contre le développement des cancers, des maladies cardio-vasculaires, du diabète, de l'ostéoporose (Pandey and Rizvi, 2009; Williamson, 2017).

La valorisation de co-produits et des résidus issus des procédés de transformation alimentaire représente une alternative économique intéressante pour les entreprises, puisqu'elle permet de réduire ou éliminer les coûts reliés à leur disposition, tout en générant des revenus additionnels. Dans le monde, environ le tiers de la partie comestible des aliments destinés à la consommation humaine est perdu ou gaspillé, ce qui représente environ 1,3 milliard de tonnes par an. Les produits agroalimentaires sont gaspillés tout au long de la chaîne alimentaire, de la production initiale jusqu’à la consommation finale (FAO, 2012). Les végétaux constituent la majeure partie de ces pertes ce qui justifie la nécessité de développer des techniques pour valoriser ces sous-produits qui représentent une source peu coûteuse.

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L’oignon (Allium cepa L.) est un légume très consommé à travers le monde. La production mondiale d'oignons est environ 85 millions de tonnes par année. Les principaux producteurs sont la Chine, l'Inde et les États-Unis (Eurostat élaboration, 2017). L'Asie représente 50% de la production mondiale d'oignons loin devant l'Europe, l'Afrique ou l'Amérique qui représentent chacune environ 10%. Il existe plus de 1000 variétés d'oignons qui sont généralement classés selon la couleur de leurs bulbes (Eurostat élaboration, 2017). Au Canada, le Québec est le premier producteur d’oignon puisque sur environ 5000 hectares cultivés au pays, plus 2000 le sont au Québec (Statistique Canada, 2015). Le rendement commercial varie entre 35 à 40 tonnes à l’hectare. Selon statistique Canada, la valeur de la production totale d’oignons secs est de plus de 28 millions de dollars.

L’oignon est un légume qui a des propriétés nutritionnelles et thérapeutiques appréciables. Sur le plan alimentaire, l’oignon est une excellente source de nutriment, fournissant des quantités importantes de vitamines C, B6 et potassium (Ormsby and Pottinger, 2009). Il est reconnu comme une source importante de phytonutriments précieux comme les flavonoïdes, les fructo-oligosaccharides (FOS) et les thiosulfinates et d'autres composés soufrés. Les flavonoïdes sont reconnus pour leur action bénéfique sur un certains nombres de maladies chroniques et préviendraient l'inflammation, les maladies cardiovasculaires et le cancer(Lanzotti, 2006). Cela justifie que la consommation des légumes riches en composés phénoliques, permet de prévenir de façon très efficace l’apparition de certaines de ces maladies (Cai et al., 2004; Cassidy and Hooper, 2006). Le principal polyphénol de l’oignon est la quercétine. Ce flavonoïde omniprésent dans les légumes et les fruits a montré plusieurs effets biologiques in vitro et in vivo notamment des activités antioxydantes, anti-inflammatoires, anticancéreuses, et antidiabétiques (Kawabata et al., 2015).

Les méthodes utilisées de manière usuelle pour l’extraction des molécules bioactives sont soit des méthodes comme l’extraction par macération, par reflux (soxhlet) et l'hydrodistillation. On retrouve dernièrement des méthodes innovantes dites vertes qui font appel à l’extraction assistée par ultrasons, l'extraction enzymatique, l'extraction assistée par micro-ondes, l'extraction par champ électrique pulsé, l'extraction par fluide supercritique et l'extraction par liquide pressurisé (Azmir et al., 2013). Dans notre travail, la méthode

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utilisée pour l’extraction des polyphénols est la macération avec un solvant non toxique (éthanol). Le choix de cette méthode est justifié principalement par la haute qualité de l’extrait. Ainsi, cette méthode permettra de réduire la consommation d'énergie par rapport aux autres méthodes puisque le temps d’extraction plus court et il y a une réduction significative des volumes de solvant utilisés.

Le domaine de l’extraction végétale, favorise le développement des techniques d’extraction des molécules bioactives saines et sécuritaires pour le consommateur et respectueuse de l’environnement tout en étant peu coûteux (Chemat, 2015). L’utilisation généralisée de pesticides dans la culture des légumes et des fruits a entraîné une pollution importante de l’environnement et des produits végétaux mis en marché (Milda et al., 2015). Dans le monde, environ 95 % des producteurs d’oignons utilisent les pesticides chimiques tel que: delthaméthrine, chlorpyrifos, diméthanoate lambda- cyhalothrine et pendimethaline, etc. (Rabiou et al., 2018). La société Nutra Canada s’intéresse à la production des extraits bioactifs non toxiques. Cette société a réalisé un ensemble d’analyses des pesticides dans ses extraits des oignons. Les résultats de ses analyses ont montré que les extraits présentent un risque pour l’Homme puisqu’ils contiennent trois pesticides: chlorpyrifos, lambda-cyolathrine et pendimethaline qui dépassent la norme européenne exigée.

Ce projet a donc pour but de valoriser les sous-produits d’oignons. Plus précisément, ces travaux visent à optimiser les paramètres d’extraction des polyphénols d’oignons (température, temps de macération, concentration et ratio solvant/soluté) permettant d’obtenir des extraits bioactifs tout en utilisant de matériel végétal qui contient des quantités de pesticides ne dépassant pas les normes européennes. Ce produit va être expédier au marché européen pour une utilisation pharmaceutique, cosmétique ou nutritionnelle. La technique d’extraction optimisée dans ce projet doit répondre aux besoins de l’industrie « Nutra Canada ».

Le présent mémoire est divisé en six chapitres. Tout d’abord, le premier chapitre sera consacré à la recherche bibliographique en présentant un végétal riche en polyphénols et par conséquent riche en bienfaits. D’autre part, on évoque la structure, la classification et les bienfaits des polyphénols. De plus, On aborde l’usage de divers pesticides dans la culture de l’oignon et les problèmes qui en découlent. Ensuite, le deuxième chapitre

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présente la problématique, l’hypothèse de recherche, l’objectif principal et les objectifs spécifiques Le troisième chapitre s’attarde à l’analyse des pesticides dans les extraits et les comparent aux normes européennes exigées. Le quatrième chapitre se consacre à la méthodologie et les résultats de la caractérisation des sous-produits de l’oignon (Allium

cepa L) quant à leur teneur en polyphénols et flavonoïdes à l'aide de méthodes

UPLC-MS/MS et de spectrophotométrie. Le cinquième chapitre porte sur l’optimisation du processus d'extraction des composés phénoliques à partir des rejets industriels de l’oignon (Allium cepa L.). Enfin, une discussion de la signification des résultats, une conclusion du travail et des perspectives d’avenir sont présentés au dernier chapitre.

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Revue de littérature

1.1 L’oignon : une plante riche en composés phénoliques

1.1.1 Production

1.1.1.1 Production mondiale

L’oignon (Allium cepa L.) est la deuxième culture horticole la plus importante au monde, après la tomate, avec une production annuelle actuelle d'environ 64 millions de tonnes. Il est cultivé dans plus de 170 pays dont les pays de continent Asie sont les principaux producteurs (figure 1-1) (Statistiques mondiales agriculture, 2011). Le premier producteur est la Chine suivie par l'Inde, les États-Unis et la Turquie, avec des productions annuelles de 3,93, 3,35, 2,45 et 1,55 million de tonnes, représentant 32%, 12,5% et 4% de la production mondiale respectivement (Lee et al., 2008; Zang et al., 2013). Dans le monde, il existe à peu près 1020 variétés d'oignons qui sont généralement classés selon la couleur de leur bulbe (Statistiques mondiales agriculture, 2011).

Au cours des 10 dernières années, la production mondiale d'oignons a augmenté de 25% (Waldron, 2001). La demande pour les oignons transformés a augmenté, ce qui a entraîné des quantités importantes de résidus. En conséquence, plus de 500 000 tonnes de déchets d'oignons sont produites chaque année par les pays de l'Union européenne, principalement en Espagne, au Royaume-Uni et aux Pays-Bas. Les principaux déchets d'oignon comprennent les pelures, les deux écailles charnues externes et les racines générées lors du pelage industriel, ainsi que des bulbes sous-dimensionnés, malformés, malades ou endommagés (Waldron, 2001).

Figure 1-1 : Répartition mondiale de la production d'oignon (Source : FAO STAT,2014)

74.48% Asie 15.77% Amériques

7.05%Europe

2.7% Afrique

0% Océanie

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1.1.1.2 Production canadienne

Le Québec est le principal producteur d’oignons au Canada (Statistique Canada, 2015). Selon les statistiques en 2011, environ 80% de la production québécoise est faite en Montérégie, principalement dans la région des terres noires connue sous le nom des Jardins de Napierville. En 2015, à peu près 40% de la production québécoise a été produite par les producteurs d’oignons membres de l’organisation PRISME. Le Québec produit chaque année environ 90,000 tonnes d’oignons secs et espagnols. Les quantités destinées au marché de consommation sont environ 35 à 40 tonnes à l’hectare. Cependant pour les producteurs répertoriés par PRISME, le rendement est autour de 50 à 60 tonnes à l’hectare (Statistique Canada, 2015).

1.1.2 Une plante riche en bienfaits

Les composés de l'oignon ont un éventail d'avantages pour la santé qui comprennent des « effets hypo-cholestérolémiques, hypo-lipidémiques, anti-hypertensifs, anti-diabétiques, anti-thrombotiques, anti-hyperhomocysteinémiques et beaucoup d'autres activités biologiques telles qu’anti-microbienne, anti-carcinogène, antimutagène, antiasthmatique, immuno-modulatrice, prébiotique et antioxydante. » (Corzo-Martinez et al., 2007). Grâce à ces effets, l’oignon intervient dans la prévention de nombreuses maladies telles que certains cancers, les maladies cardiovasculaires, l’obésité, l’hypercholestérolémie, le diabète du type 2, l’hypertension, la cataracte et les troubles gastro-intestinaux.(Lanzotti, 2006).

L’oignon est une plante contenant de nombreux composés bioactifs. Parmi ces constituants, on retrouve des vitamines, des fibres, des minéraux, des composés organo-soufrés, des fructooligosaccharides, de l’inuline, des polyphénols (la quercétine), les saponines et plusieurs autres métabolites secondaires. Les oignons sont spécifiquement riches en deux groupes chimiques qui ont des avantages pour la santé humaine, ce sont les flavonoïdes et les alk-(en)-yl-cystéine sulfoxydes (ACSO) (Griffiths et al., 2002)

.

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particules lipoprotéiques (O'Reilly et al., 2001). Une étude réalisée avec des extraits aqueux d’oignons a montré que les glucosides de quercétine présentaient des effets significatifs sur les lignées de cellules cancéreuses HepG2, PC-3, et HT-29 après 72 h d'incubation. Ces résultats approuvent que la quercétine-4'-O-glucoside présente des effets cytotoxiques plus élevés que les autres glucosides de quercétine testés dans cette étude (Pan et al., 2018a).

Les ACSO sont les précurseurs de saveur qui, lorsqu'ils sont clivés par l'enzyme alliinase, génèrent l'odeur et le goût caractéristiques de l'oignon. Cette réaction donne comme produit les acides sulféniques tels que les thiosulfinates (Griffiths et al., 2002). Les thiosulfinates sont des composés très instables et se transforment en composés soufrés tel que les thiosulfonates, les composés di- et tri-sulfurés, la 2-vinyl-2,4-dihydro-1,dithiin et le 3-vinyl-3 et 4-dihydro-1,2-dithiin. Mais, à des températures plus élevées (environ 100 °C), ils se transforment en composés poly-sulfurés contenant jusqu'à cinq atomes de soufre (Lanzotti, 2006). Les composés organosulfurés de la famille Allium inhibent l'agrégation des plaquettes sanguines humaines et ont un impact positif sur la santé cardiovasculaire. En outre, ces composés ont la capacité de modifier positivement les systèmes antioxydants, apoptotiques et inflammatoires chez l’humain (Osmont et al., 2003; Rose et al., 2005). L’oignon est une source abondante de saponines stéroïdiennes qui à leur tour sont classées en trois groupes: cholestane, furostane et spirostane (Lanzotti et al., 2012). Les saponines ont démontré des fonctions biologiques et pharmacologiques importantes, telles que les activités antifongiques, antibactériennes, antitumorales, anti-inflammatoires, antithrombotiques et hypocholestérolémiques (Lanzotti, 2006).

Cette plante à une haute valeur nutritionnelle due à la présence de fortes teneurs en minéraux tels que le cuivre, le zinc et les vitamines A, B et C (Allouh et al., 2014). Les oignons contiennent également du chrome, qui est considéré comme une molécule préventive du diabète. Le chrome est reconnu depuis des décennies comme un facteur nutritionnel qui améliore la tolérance au glucose en améliorant l'action de l'insuline in vivo. Des études cliniques sur des patients diabétiques ont montré que le chrome peut diminuer les niveaux de glucose à jeun, améliorer la tolérance au glucose, abaisser les niveaux d'insuline et diminuer les niveaux de cholestérol total et de triglycérides (Wang et al., 2005).

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Les oignons contiennent une grande quantité de glucides non structuraux (jusqu'à 65% ou plus du poids) qui comprennent le glucose, le fructose, le saccharose et des fructo-oligosaccharides. Les principaux fructo-oligosaccharides dans les bulbes d'oignon sont le

kestose, le nystose et le fructofuranosylnystose. Ces composés représentent des propriétés prébiotiques significatives (Benitez et al., 2011b).

Aux vues de ces bienfaits sur la santé humaine, c’est donc naturellement que l’entreprise Nutra Canada a voulu réaliser des extraits d’oignons riches en polyphénols.

1.2 Les polyphénols : molécules complexes aux propriétés bienfaitrices

1.2.1 La structure

D’après les recherches scientifiques, il existerait dans le monde végétal plusieurs milliers de molécules présentant une structure polyphénolique et plusieurs centaines dans les plantes comestibles. Les polyphénols sont le résultat du métabolisme secondaire des plantes à travers deux voies métaboliques fondamentales: la voie du shikimate et la voie de l'acétate (Bravo, 1998; Manach et al., 2004). Ces métabolites secondaires des plantes sont principalement impliqués dans la défense des plantes contre le rayonnement ultraviolet et contre les agressions par des agents pathogènes (Manach et al., 2004)

.

Par définition, les polyphénols regroupent toutes les molécules composées de plusieurs groupes phénoliques. Un phénol est formé d’un cycle benzénique, composé aromatique formée de six atomes de carbone, et d’au moins une fonction hydroxyle –OH (Manach et

al., 2004).

Les polyphénols peuvent être classés en différents groupes en fonction du nombre de cycles phénols qu’ils possèdent et des éléments de structure qui se lient à ces cycles les uns aux autres. Ils peuvent se présenter sous la forme de molécules simples comme le pyrogallol, le catéchol, ou l’acide gallique jusqu’à des polymères à haut poids moléculaire comme les tanins (Manach et al., 2004).

1.2.2 Classificationdes polyphénols

De nombreuses classifications existent dans la littérature, on peut cependant distinguer deux classes principales de polyphénols : les flavonoïdes et les non flavonoïdes (Del Rio

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1.2.2.1 Les flavonoïdes

Les squelettes des flavonoïdes sont composés de deux cycles phényls (A et B) et d'un hétérocyclique oxygéné (C), qui donne une structure générale avec un squelette à 15 carbones (squelette C6-C3-C6) (Bravo, 1998; Manach et al., 2004). Le squelette flavonoïde de base est composé de divers substituants qui peuvent présenter au moins trois groupes hydroxyles phénoliques (OH), qui sont généralement combinés avec des sucres pour former des glycosides, avec du glucose comme sucre prédominant, ou d'autres sucres tels que galactose, rhamnose et xylose. Ils sont divisés et classés en fonction du degré d'oxydation de l'anneau C, dont les sous-classes principales sont les flavonols, les flavones, les isoflavones, les flavan-3-ols, les flavanones et les anthocyanidines (Bravo, 1998; Manach et al., 2004; Del Rio et al., 2013; Alvarez-Suarez et al., 2017).

Les flavonols sont caractérisés par un squelette 2-phénylchromen-4-one, qui possède structurellement une instauration entre les carbones C2 et C3, un groupe cétone en C4 et un groupe OH en position 3 du cycle. Les flavonols sont omniprésent dans les plantes, les plus connus sont :la quercétine, la myricétine et le kaempférol. (Bravo, 1998; Del Rio et

al., 2013; Bohn, 2014). Les oignons rouges et jaunes contiennent des quantités importantes

des flavonols, ils sont riches particulièrement en quercétine-4-O-glucoside et de quercétine-3,4-O-diglucoside (Del Rio et al., 2013).

Les flavones ont une structure similaire à celle des flavonols, mais la seule différence qu’elles n’ont pas d’atome d’oxygène en C3. Il existe plusieurs flavones parmi eux : l’apigénine, la lutéoline et la diosmétine, qui sont généralement présent dans les plantes sous forme de 7-O-glycosides (Del Rio et al., 2013).

Les isoflavones ont une structure différente par rapport aux autres flavonoïdes, puisque l'anneau B est attaché à l'hétérocycle C en position 3. Il existe plusieurs formes des isoflavones tel que : 7-O- (6"-O-malonyl), 7-O- (6"-acétyl) glucosides et les aglycones (Del Rio et al., 2013).

Les flavan-3-ols forment un groupe hétérogène de flavonoïdes où sont inclus la catéchine, le gallate d'épicatéchine, l'épigallocatéchine, le gallate d'épigallocatéchine, les proanthocyanidines, les théaflavines et les thearubigines (Zanotti et al., 2015; Blade et al., 2016). La formation des isomères de ce flavonoïde dépend de niveau d'hydroxylation

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d’anneau B en position C2 ou C3 (Crozier et al., 2009; Del Rio et al., 2013; Zanotti et al., 2015).

Les flavanones sont connues par la présence de centre d’asymétrie en C2 et l’absence de double liaison en position 2 et 3 (Del Rio et al., 2013).Ils sont généralement trouvés sous forme glycosylée avec un disaccharide en position C7 pour donner des glycosides de flavanone, bien qu'ils se produisent également sous forme de dérivés hydroxylés ou O-méthylés. Les principales flavanones alimentaires comprennent l'hespérétine, la naringénine et l'hespéridine (herpétine-7-O-rutinoside) (Del Rio et al., 2013; Santhakumar

et al., 2018).

Les anthocyanines sont responsables de différentes couleurs : orange, rouge, bleu et violet dans les plantes. Ils sont le résultat d’addition des sucres et/ou des acides organiques aux anthocyanidines aglycones. Les hydrates de carbone qui sont principalement attachés aux aglycones sont le glucose et le rhamnose, suivis par le galactose, le xylose et l'arabinose et parfois le gentiobiose, le rutinose et le soforose (Crozier et al., 2010; Del Rio et al., 2013; Santhakumar et al., 2018).

1.2.2.2 Les non-flavonoïdes

Les acides phénoliques sont dérivés de l'acide cinnamique (squelette C3-C6) avec un ou plusieurs substituants du groupe OH dans le cycle aromatique tel que les dérivés phénylpropanoïdes ou l'acide benzoïque avec une squelette C1-C6 tels que l’acide gallique, des aldéhydes (la vanilline), ou une structure C2-C6 tels que les acides phénylacétiques et les acétophénones (Bravo, 1998; Alvarez-Suarez et al., 2013; Del Rio et al., 2013). Les acides hydroxycinnamiques sont très répandus dans le règne végétal. Dans ce groupe d’acides, on trouve essentiellement les acides p-coumariques, caféiques, féruliques et sinapiques. Ces acidessont rarement trouvéssous leur forme libre, sauf dans les aliments transformésayant subiune congélation, une pasteurisationou une fermentation.Les acides hydroxycinnamiquessont présents danstoutes les parties desfruits, bien que les plus hautes concentrations soient observées dans les parties extérieures des fruits mûrs. Les fruits possédantla plus forte teneur en acides hydroxycinnamiques sont les bleuets (entre 2000 et 2200 mg/kg), les kiwis (entre 600 et 1000 mg/kg), les cerises (entre 180 et 1150 mg/kg) et les prunes (entre 140 et 1150 mg/kg) (Manach et al., 2004). Le plus abondant des acides

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hydroxycinnamiques et plus généralement des acides phénoliques est l’acide caféique. Celui-cise combine à l’acide quinique pourformer l'acidechlorogénique, présent dansde nombreuxfruits et à forte concentration dans le café (de 350 à 1750 mg/mL) (Manach et

al., 2004).

Les tanins hydrolysables sont divisés en deux sous-classes: gallotannins et ellagitannins. Le noyau de la molécule de tanin hydrolysable est formé par un hydrate de carbone, habituellement le D-glucose, où leurs groupes hydroxyles sont partiellement ou totalement estérifiés par un acide phénolique, tel que l'acide gallique ou l'acide ellagique (Bravo, 1998; Del Rio et al., 2013; Santhakumar et al., 2018).

Les stilbènes sont constitués par deux molécules benzéniques liées entre eux par l'éthanol ou l'éthylène. Le resvératrol (5 - [(E) -2- (4- hydroxyphényl) éthényl] benzène-1,3 diol) est le stilbène le plus répandu dans le règne végétal, Il existe sous deux formes des isomères : cis et trans. Le ptérostilbène (4-[(E)-2-(3,5-dimétoxyphényl) éthényl] fénol) est un stilbène méthylé structurellement similaire au resvératrol, à la différence près que l’on retrouve deux groupes méthoxy sur la molécule de ptérostilbène qui remplacent les groupes hydroxy sur le resvératrol (Del Rio et al., 2013; Weiskirchen and Weiskirchen, 2016).

1.2.3 Les effets bénéfiques des polyphénols

« Plusieurs études épidémiologiques ont montré qu’un régime alimentaire riches en fruits et légumes est associé à une réduction du risque d'un certain nombre de maladies chroniques, notamment les maladies cardiovasculaires, les cancers et les maladies neurodégénératives» (Del Rio et al., 2013; Demir et al., 2017; Kent et al., 2017; Lo Vasco

et al., 2017). « Les effets bénéfiques de ces régimes ont souvent été attribués aux (poly)

phénols qu'ils contiennent. En effet, des études cliniques ont montré qu’un apport alimentaire riche en (poly) phénols peut réduire le risque de telles maladies chroniques. » (Hertog et al., 1997; Commenges et al., 2000; Cutler et al., 2008; Del Rio et al., 2013). Les polyphénols ont montré des activités biologiques in vivo et in vitro telles que la prévention contre les maladies cardiovasculaires. Il a été montré que les polyphénols réduisent la progression de l'athérosclérose en améliorant le profil lipidique en augmentant le HDL, en réduisant le LDL et le cholestérol total. En plus, ils ont un effet sur la pression sanguine, la rigidité artérielle, le cholestérol sanguin et l’agrégation plaquettaire

(Forbes-12

Hernandez et al., 2017). Le resvératrol est considéré comme un médicament candidat pour la prévention et le traitement des maladies cardiovasculaires. Cette molécule agit sur les cellules endothéliales, qui attaquent les parois internes des vaisseaux sanguins et jouent un rôle dans le développement des maladies cardiovasculaires. Le resvératrol augmente la production d'oxyde nitrique endothélial, améliore l'équilibre redox endothélial et inhibe l'activation endothéliale lors de la présence d'une pro-inflammation (Schmitt et al., 2010). En plus de leurs effets sur les maladies cardiovasculaires, la consommation régulière de ces derniers réduit le risque de diabète de type 2 selon une méta-analyse récente (Guo et

al., 2017). La quercétine est l'un des polyphénols les plus biologiquement actifs in vitro.

Ce flavonol est présent à forte concentration dans le thé vert, les oignons rouges et les pommes. Plusieurs études ont été menées sur les effets bénéfiques de la quercétine et ses dérivés, lorsqu'elle est consommée sous la forme 4'-O-glucoside, l'agrégation plaquettaire et la formation de thrombus ont été réduites (Hubbard et al., 2004). Une étude a montré que les extraits des oignons et ails riches en 4'-O-glucoside inhibe la croissance des cellules cancéreuses HepG2,PC-3 et HT-29 (Pan et al., 2018b). Une autre étude a montré que la consommation chronique de la quercétine sous forme de 3- O-glucoside pendant 4 semaines, améliore la fonction endothéliale et réduit l’inflammation, mais n'affecte pas la dilatation ou la résistance à l'insuline (Dower et al., 2015). Lorsqu'elle est consommée sous forme d'aglycone (sans sucres), la quercétine en tant que supplément diminue l'acide urique plasmatique chez les mâles légèrement hyperuricémiques sur une période de 4 semaines (Shi and Williamson, 2016), l'agrégation plaquettaire ou le cholestérol sérique et les triglycérides (Conquer et al., 1998) et aide à établir la protection contre le stress oxydatif après l'effort (Conquer et al., 1998; Nieman et al., 2007; McAnulty et al., 2008). La consommation des fortes doses de la quercétine réduit l'endothéline-1 plasmatique (Loke

et al., 2008), diminue la pression artérielle chez les volontaires en surpoids (Egert et al.,

2011), mais ne réduit pas les F2-isoprostanes urinaires (Loke et al., 2008), ni la pression artérielle chez les volontaires de poids normal (Egert et al., 2011). Ces différentes études suggèrent que la quercétine exerce certains effets chez l'homme mais l'effet exact dépend fortement de leur structure chimique et du statut métabolique et génétique de l'individu.

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Enfin, l’épigallocatéchine-3-gallate, l'acide chlorogénique, la curcumine, la quercétine et le resvératrol sont des polyphénols représentatifs et ont été largement étudiés pour leurs bienfaits pour la santé. Plusieurs études épidémiologiques et cliniques ont discuté les effets des polyphénols végétaux sur la santé, ainsi que leurs mécanismes d'action au niveau de l’organisme. Des recherches fondamentales ont suggéré que les principaux mécanismes d'action des polyphénols végétaux agissent sur les dérivés réactifs de l'oxygène (DRO), la protéine kinase 5'-AMP activée (AMPK) et le facteur de transcription NF-κB (Tanabe et

al., 2017). Les polyphénols sont considérés comme des molécules « signal » qui pourraient

stimuler les défenses antioxydantes d’une part via l’inhibition des activités enzymatiques pro-oxydantes et d’autre part via la modulation de diverses voies de signalisation impliquées dans l'adipogenèse, la lipogenèse et la lipolyse κB (Tanabe et al., 2017). De nombreuses études in vitro ont montré que les polyphénols et plus précisément les flavonoïdes pourraient agir en modulant certaines activités enzymatiques, la signalisation cellulaire, à l’aide des récepteurs membranaires ou cellulaires, ou via des régulations épigénétiques (Fraga et al., 2010). La diversité de ces mécanismes d’action explique le large spectre d’activités biologiques des flavonoïdes observées in vivo, parmi lesquelles des activités inflammatoires, angiogéniques, antioxydantes, ou anti-prolifératives.

1.3 Méthodes d’extraction des molécules bioactives

1.3.1 Méthodes d’extraction conventionnelles

Il existe plusieurs techniques d’extraction utilisées de manière conventionnelle depuis de nombreuses années dans l’industrie chimique, pharmaceutique ou même agroalimentaire. Ces techniques d’extraction se résument en extraction au soxhlet, la macération et l’hydrodistillation (Yim et al., 2014).

L’extraction au soxhlet a été développée en 1879 par le chimiste allemand Franz Ritter Von Soxhlet. Il a été utilisé principalement pour l'extraction des lipides mais au cours des années il a été utilisé pour extraire des composés bioactifs précieux de diverses sources naturelles. Le principe de l'extraction au Soxhlet (SOE) nécessite que l'échantillon soit placé dans un porte-cartouche qui est progressivement rempli de solvant. Lorsque le liquide atteint le niveau de débordement, un siphon aspire le soluté du porte-cartouche et le décharge dans le ballon de distillation. Cette opération est répétée jusqu'à ce que

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l'extraction soit terminée (Luque de Castro and Priego-Capote, 2010). Les avantages de l’extraction au soxhlet peuvent être arrangés comme suit : contact rapide entre le solvant et l’échantillon, meilleur transfert de matières et pas d’étape de filtration après l’extraction. Cette technique présente plusieurs inconvénients tels que : temps d’extraction important, consommation importante de solvants, consommation d’énergie importante, utilisation de hautes températures pendant longues périodes et dégradation des composés thermolabiles (Wang and Weller, 2006).

La macération est une méthode d’extraction populaire et peu coûteuse. La macération consiste à laisser un matériel végétal dans un solvant, dans le but d’extraire les molécules solubles. Cette méthode a plusieurs avantages : utilisation de mélange de solvants, contrôle de la température d’extraction et maintien des molécules thermosensibles. La macération nécessite des étapes de filtration et d’évaporation qui sont plus ou moins longues (Azmir et al., 2013).

L'hydrodistillation est une méthode d'extraction de molécules bioactifs et d'huiles essentielles. Il existe trois types d'hydrodistillation : la distillation à l'eau, la distillation à l'eau et à la vapeur et la distillation di à la vapeur. L'eau chaude et la vapeur sont les principaux facteurs influençant l’extraction des composés bioactifs du tissu végétal. Au cours de l’hydrodistillation trois processus physico-chimiques principaux s’interviennent: hydrodiffusion, hydrolyse et décomposition par la chaleur. L’inconvénient principal l’hydrodistillation qu'à une température d'extraction élevée, certains composants volatils peuvent être perdus, ce que rendre son utilisation limitée pour l'extraction de composés thermosensibles (Azmir et al., 2013).

1.3.2 Techniques d’extraction innovantes

Comme les méthodes d’extraction conventionnelles ont des désavantages importants, de nouvelles méthodes d’extractions ont été inventées dans le but d’améliorer l’efficacité de l’extraction de molécules bioactives. Ces nouvelles méthodes d’extractions permettent de réduire la consommation d’énergie et favorisent l’utilisation de solvants non toxiques dans le but d’améliorer la qualité de l’extrait.

L’extraction assistée par micro-ondes est une méthode d’extraction très simple, un champ électromagnétique assure la destruction des cellules végétales permettant ensuite la

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libération de leurs contenus. L’appareil émet des ondes de hautes fréquences varient de 300 MHz à 300 GHz ce qui occasionne un réchauffement de l’eau contenue dans la matière végétale par le champ électromagnétique, provoquant une lyse des cellules végétales (Herrero et al., 2010; Herrero et al., 2013; Herrero and Ibanez, 2015; Gong and Bassi, 2016). Plusieurs avantages de l’extraction assistée par micro-onde ont été décrits par (Cravotta, 2008) : chauffage rapide, gradients thermiques réduits, réduction de la taille de l'équipement et augmentation du rendement en extrait. Cette méthode peut extraire les composés bioactifs plus rapidement et assure une meilleure récupération que les procédés d'extraction conventionnels. L’inconvénient principale de cette méthode est la chaleur émise au cours du procédé peut être très élevée, qui peut provoquer la destruction des molécules thermosensibles (Herrero et al., 2010; Herrero et al., 2013; Herrero and Ibanez, 2015; Gong and Bassi, 2016).

L’extraction assistée par liquide pressurisé est une méthode très efficace. Le concept de cette technique consiste à l'application de haute pression pour que les solvants restent au-delà de leur point d'ébullition normal (Azmir et al., 2013). En tenant compte du rendement, de la reproductibilité, du temps d'extraction et de la consommation de solvant, l’extraction assistée par liquide pressurisé a été considérée comme une alternative aux méthodes conventionnelles en raison d'un procédé plus rapide et d'une utilisation plus faible des solvants (Howard and Pandjaitan, 2008). L’utilisation d’une température et d’une pression plus élevée permet d’augmenter la solubilité des composés dans le solvant tout en diminuant la viscosité et la tension de surface du solvant utilisé, ce qui favorise un meilleur contact avec la matrice (Mattea et al., 2009; Jaime et al., 2010).

L’extraction par de l’eau subcritique est une technique largement utilisée pour l’extraction de molécules bioactives. Un liquide atteint son état subcritique lorsque la température ou la pression arrive à une température supérieure à son point critique (la température maximale en phase liquide). À l’état subcritique l’eau possède une constante diélectrique (𝜀) beaucoup plus faible de l’ordre 25 qu’à son état normal (température et pression normale est de l’ordre 80). Cette valeur est identique à celle de solvants organiques à un état normal (température et pression normale), tels que le méthanol et l’éthanol (Herrero et

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caractéristiques apolaires et ce qui permette de séparer les charges caractérisant les molécules polaires (Schoefs, 2005). Le fluide supercritique a un coefficient de diffusion plus élevé et une viscosité et une tension de surface plus faibles qu'un solvant liquide ce qui permet une pénétration dans la matrice de l'échantillon et un transfert de masse favorable. Le temps d'extraction de cette technique est considérablement réduit par rapport aux méthodes conventionnelles. Le reflux répété du fluide supercritique sur l'échantillon fournit une extraction complète (Lang and Wai, 2001).

1.4 Les pesticides

1.4.1 Définition des pesticides

Pesticide dérive du mot anglais « Pest », signifiant tout organisme vivant (virus, bactéries, champignons, herbes, insectes, rongeurs, et oiseaux…) présente un danger à l'homme et/ou à son environnement. De manière général, les pesticides sont des molécules qui possèdent des propriétés toxiques permettent de lutter contre les organismes nuisibles dont le but de protéger les cultures. Selon la définition de la FAO, un pesticide est « une substance utilisée pour neutraliser ou détruire un ravageur, un vecteur de maladie humaine ou animale, une espèce végétale ou animale nocive ou gênante au cours de la production ou de l'entreposage de produits agricoles ». Les pesticides, encore appelés produits phytosanitaires sont donc toutes les substances chimiques ou biologiques utilisées en agriculture pour protéger les plantes des insectes, des mauvaises herbes et des infections (Comité sécurité Alimentaire d’Aprifel, 2004).

1.4.2 Les principales familles de pesticides utilisées dans la culture de légumes et de fruits

Il existe trois familles principales qui sont les fongicides, les herbicides et les insecticides. 1.4.2.1 Les fongicides

Les fongicides sont utilisés contre les maladies cryptogamiques et le développement des champignons parasites afin d’obtenir de plantes saines. Il existe deux groupes de fongicides : les fongicides minéraux et les fongicides organiques qui sont généralement des produits de synthèse (Comité sécurité Alimentaire d’Aprifel, 2004).

1.4.2.2 Les insecticides

Les insecticides organiques de synthèse se divisent en trois grandes familles qui sont : • Les organochlorés : insecticides de synthèse dont les molécules contiennent du

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plus anciens. Parmi ces insecticides, on peut citer : DDT, le DDD, le dicofol et le méthoxychlore (Comité sécurité Alimentaire d’Aprifel, 2004).

• Les carbamates : insecticides dérivés de l’acide carbamique. Les carbamates le plus utilisé sont : le carbaryl, le carbofuran et l’aldicarbe. Ils attaquent le système nerveux central des insectes en provoquant une excitation nerveuse répétée au niveau des pompes à sodium (Comité sécurité Alimentaire d’Aprifel, 2004). • Les organophosphorés : insecticides contenant au moins un atome de phosphore.

Ces phytosanitaires appartiennent à la famille chimique des anticholinestérasiques. Ils sont utilisés fréquemment en milieu agricole. Les organophosphorés ont une action de surface sur la plante et ne pénètrent pas dans la plante. Pour les insectes nuisibles, la pénétration des organophosphorés se fait généralement par contact, digestion ou inhalation (Comité sécurité Alimentaire d’Aprifel, 2004).

1.4.2.3 Les herbicides

Les herbicides sont divisés en deux familles en fonction de leur mode d'application et de leur mode d'action.

• Les herbicides appliqués au niveau des plantes qui sont des régulateurs de croissance. Ces composés chimiques améliorent la croissance des plantes en agissant sur la synthèse des protéines et la division cellulaire. Ces herbicides entraînent une croissance rapide des plantes dans des courtes périodes. Parmi Les herbicides le plus connue est le 2,4-D, le dichloprop.

• Les herbicides appliqués au niveau du sol : Ces herbicides inhibent les étapes de la division cellulaire responsables de la séparation des chromosomes et de la formation de la paroi cellulaire au niveau des racines de la plante. Le résultat de cette inhibition est un nombre de racines trop faible dans le but d’assurer la bonne nutrition de la plante. Ils existent plusieurs herbicides tel que : la trifluraline, la prodiamine, la pendiméthaline, le butylate, le cycloate, EPTC, l’alachlore et le métolachlore (Comité sécurité Alimentaire d’Aprifel, 2004).

1.4.3 Les pesticides utilisés dans la culture de l’oignon

Les pesticides ont rapporté des énormes avantages à l'humanité en augmentant la production alimentaire et en contrôlant les diverses maladies des cultures. Malgré les nombreux avantages de l'utilisation de pesticides dans les champs et leur contribution

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indirecte à l'économie, ils peuvent être dangereux s'ils ne sont pas utilisés de manière appropriée et constituent un facteur de toxicité pour l’environnement et l’Homme (Verma and Srivastava, 2018). Beaucoup d'entre eux représentent des dangers potentiels dus à la contamination des aliments, de l'eau et de l'air, ce qui entraîne de graves problèmes de santé non seulement pour les humains, mais aussi pour l'ensemble de l'écosystème (Mrema et

al., 2013; Naksen et al., 2016; Tsaboula et al., 2016). Pour ces raisons, l’utilisation de ces

produits chimiques doit être faite sous contrôle. Les plantes sont les récepteurs biologiques directs de pesticides et sont un excellent choix pour évaluer leurs effets cytotoxiques parce que les tests avec des plantes sont simples, rapides et donnent de bons résultats par rapport à ceux obtenus chez les animaux (Grant, 1982; Chauhan et al., 1998; Firbas and Amon, 2014). Différentes espèces végétales comme Allium cepa L., Tradescantia sp et Vicia faba ont été utilisés comme modèle d'essai pour évaluer les effets toxiques des pesticides (Liman

et al., 2010; Rodriguez et al., 2015; Ventura-Camargo et al., 2016; de Souza et al., 2017;

Silveira et al., 2017).

La société Nutra Canada s’intéresse à la production des extraits des molécules bioactives biologiques et non toxiques. Pour atteindre son but, l’entreprise a réalisé un ensemble d’analyses des pesticides de l’oignon frais, fourni par une entreprise canadienne "Onipro", ainsi dans ses extraits de polyphénols pendant quatre années de 2011 à 2014. Le but principal de cette étude était connu les pesticides utilisés dans la culture des oignons ainsi que leurs niveaux de toxicité. Les résultats ont montré que la matière première contient des faibles doses de pesticides; plus de 85 des pesticides (tableau 1-1) ont été identifiés et la liste diffère d’une année à l’autre. Cette différence s’explique par le fait que les agriculteurs utilisent différents produits chimiques selon l’objectif à réaliser (les produits de traitement des maladies des plantes ou celles d’amélioration de production). Le problème est que les extraits des polyphénols représentent un risque pour l’Homme puisqu’ils contiennent trois pesticides: chlorpyrifos, lambda- cyolathrine et pendimethaline qui dépassent la norme de USA/Canada et la norme européenne (Règlement 396/2005) exigés. Ces résultats s’expliquent que lors de l’extraction des polyphenols certains pesticides se concentrent. Ainsi, la matière première peut sembler bonne mais elle donne un extrait polyphénolique qui contient des concentrations des pesticides hors les normes exigées.

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Tableau 1-1 : listes des Pesticides identifiées dans des extraits de polyphénols d’oignons cultivés au Québec en 2013 et ses Limites de quantification en mg/kg selon la norme canadienne et le règlement (396/2005) exigé par l’Union européen

Pesticides Limites de quantification (mg/kg)

Acephate 0,050 Alachlor 0,005 Aldrine 0.010 Azinphos Ethyl 0,020 Azinphos Methyl 0,020 Bromopropylate 0,020 Chlorpyrifos Ethyl 0.010 Chlorpyrifos Méthyl 0.010 Cyhalothrine (Lambda) 0.020 DDD (Σ op', pp') 0,010 DDE (Σ op', pp') 0,010 DDT (Σ op', pp') 0,010 Fenpropathrine 0,020

Fensulfothion (Σ oxon, oxonsulfon, sulfon ) 0.020 Fenthion (Σ oxon, oxonsulfone,

oxonsulfoxyde, sulfone, sulfoxyde)

0.010 Fenvalerate 0.020 Flucythrinate 0.020 Fonofos 0.005 Heptachlor 0.005 Hexachlorobenzène 0.005 Hexachlorocyclohexane 0.30 Lindane (gamma-hexachlorocyclohexane) 0.60 Malathion 0.005 Mecarbam 0.010 Methacrifos 0.020 Methamidophos 0.05 Méthidathion 0,005 Métolachlor 0,010 Metoxychlor 0,020 Mirex 0,005 Monocrotophos 0,050

Parathion Ethyl et paraoxon Ethyl 0,005

Parathion Méthyl et paraoxon Méthyl 0,005

Pendimethaline 0,050

Pentachloroanisole 0,005

Perméthrine (Σ des isomères) 0,020

Phosalone 0.020 Phosme 0.020 Pipéronyl Butoxyde 0.020 Procymidone 0.010 Profenofos 0.020 Prothiofos 0.020 Pyréthrines naturelles 0.050

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1.4.3.1 Chlorpyrifos

1.4.3.1.1 Définition

Le chlorpyrifos (C9H11Cl3NO3) est un insecticide organophosphoré utilisé pour lutter contre les moustiques, les mouches, divers insectes nuisibles, dans les cultures sur le sol ou le feuillage et les larves aquatiques. Il lutte aussi contre les ectoparasites chez l’agneau et les bêtes à cornes. L’utilisation de ce produit varie de 100 000 à 500 000 kg chaque année au Canada (Canada Environnement Canada/Agriculture Canada, 1986). Sa solubilité dans l’eau est de 2 mg/L à 25°C (Agriculture Canada, 1982). Le chlorpyrifos est fortement absorbé par le sol. Il persiste dans le sol pendant des périodes allant de 60 à 120 jours. Sa dégradation est principalement attribuable à l’action microbienne (Environnement Canada, 1987). Ses produits de dégradation sont le trichloro-3,5,6 pyridinol-2, qui va ensuite être hydrolyser en composés organochlorés et en dioxyde de carbone. La vitesse d’hydrolyse du chlorpyrifos dans l’eau varie en fonction du pH et de la température ainsi que la présence de cuivre (Tatton, 1984).

1.4.3.1.2 Effets sur la santé

L’absorbation de chlorpyrifos par le système digestif est très rapide ainsi que sa métabolisation. (FAO/OMS, 1975).

Plusieurs expériences ont étudié l’effet de chlorpyrifos sur l’activité du cholinestérase érythrocytaire. Sur des humains (quatre hommes par groupe) la consommation de chlorpyrifos par voie orale à différentes concentrations (la concentration plus élevée est de l’ordre 0,10 mg/kg par jour) pendant des différentes périodes a montré que ces doses n’ont pas d’action sur l’activité du cholinestérase érythrocytaire (Coulston et al., 1971).

D’autres expériences ont été faites sur des chiens. Ces derniers ont été exposés pendant deux ans à des aliments contenant des teneurs en chlorpyrifos variant de 0 jusqu’à 3,0 mg/kg par jour. Les doses de 1,0 et de 3,0 mg/kg par jour ont inhibé le cholinestérase érythrocytaire chez les chiens (McCollister et al., 1975). La même expérience sur des rats, a montré que l’activité du cholinestérase du cerveau était inhibée à la dose de 3,0 mg/kg par jour alors qu’elle était légèrement abaissée à la dose de 1,0 mg/kg par jour (McCollister

et al., 1975). Selon une étude récente, les enfants exposés au chlorpyrifos dans l'utérus

présentent à l'âge de 3 ans un risque accru de retards de développement mental et montrent aussi un trouble accru d'hyperactivité avec déficit de l'attention (Rauh et al., 2006). L’AQA (l'apport quotidien acceptable) de chlorpyrifos a été calculé par l’Organisation des

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Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture (FAO) et l’Organisation mondiale de la santé (OMS). En plus, les concentrations maximales de résidus de chlorpyrifos (LMR) ont été fixées à l'annexe II du règlement européen (396/2005) comme suit :

AQA = (0,1 mg/kg p.c. par jour) /10= 0,01 mg/kg par jour

Où :0,1 mg/kg par jour est la dose sans effet nocif observé obtenue à la suite d’une étude d’une durée de deux ans chez le chien et le rat et d’études réalisées chez des volontaires humains.

10 est le facteur d’incertitude. 1.4.3.2 Lambda- cyhalothrine

1.4.3.2.1 Définition

Cette substance active insecticide est une pyréthrine. Il agit sur le système nerveux par voie de contact et provoque la paralysie et la mort des insectes même à faible dose. Elle bloque l’activité des acariens phytophages, en plus elle a une action ovicide sur les œufs de lépidoptères (papillons) (Réseau National des Chambres d’Agriculture du Niger, 2013). La lambda cyhalothrine, dont le nom commercial est Matador au Canada, est surtout utilisée pour lutter contre plusieurs insectes tels que les chenilles (attaqueurs des feuilles). Elle est aussi utilisée contre la noctuelle de la tomate, les cicadelles, les pucerons et les mouches des cucurbitacées (melon, courge) (Réseau National des Chambres d’Agriculture du Niger, 2013).

1.4.3.2.2 Effet sur la santé

Des études ont montré que l'exposition des mammifères au Lambda- cyhalothrine pouvait provoquer de nombreux effets toxiques, notamment génotoxique (Campana et al., 1999; Cavas and Ergene-Gozukara, 2003), neurotoxique (Hornychova et al., 1995) et mutagénique (Cavas and Ergene-Gozukara, 2003; Celik et al., 2003).

La lambda cyhalothrine est classé comme un perturbateur endocrinien (Commission staff working document on implementation of the Community Strategy for Endocrine Disrupters, 2004). Une étude a été faite sur des souris mâles adultes qui ont reçu 0,2,0,4 et 0,8 mg / kg de lambda cyhalothrine / jour pendant 6 semaines ont eu une diminution significative du poids de la vésicule séminale, un organe androgène-dépendant, une augmentation du taux de dégénérescence des cellules de Leydig, et une réduction de la motilité des spermatozoïdes à la dose la plus élevée (Al-Sarar et al., 2014). Cette substance

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est classée avec le HPV (virus du papillome humain). La lambda cyhalothrine est classée selon son niveau de toxicité catégorie 1 pour l’homme et catégorie 2 pour la faune sauvage (Petersen and Rasmussen, 2007).

Les normes de qualité exigent que la concentration de lambda cyhalothrine 0.02 mg/kg pour l’eau destinée à la production d’eau potable (Directive du conseil relative à la qualité des eaux destinées à la consommation humaine, 1998).

1.4.3.3 Pendiméthaline

1.4.3.3.1 Définition

La pendiméthaline (C13H19O4N3) est un membre des herbicides de la famille dinitroanaline. Il est utilisé comme additif de pré-émergence pour contrôler les mauvaises herbes dans les céréales, les légumineuses et les cultures maraîchères. Il est lipophile ce qui explique sa forte adsorption du sol. Son rôle principal est d’arrêter la germination et/ou le développement de mauvaises herbes en bloquant l’élongation et la division cellulaire. Son action est sur les organes souterrains (racines et tigelles) (Ying and Williams, 2000; Yen

et al., 2003).

1.3.3.3.2 Effets possibles sur l'environnement et sur la santé

Sur la santé des êtres humains, la consommation d’une forte dose de pendiméthaline provoque des lésions hépatiques (inflammation et hémosiderose), une augmentation du poids du foie, une augmentation de la TSH (thyréostimuline) et une diminution des niveaux de T3 (triiodothyronine) et de T4 (thyroxine), ce qui peut provoquer un effet négatif sur la croissance (Dunkelberg et al., 1994). Selon la norme européenne (Règlement 396/2005),

la limite maximale de résidus (LMR) de pendiméthaline doit être inférieure à 0.05 mg/kg dans l’ail, l’échalote et l’oignon.

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Problématique, hypothèse de recherche, objectif

principal et objectifs spécifiques

2.1 Problématique

De grandes quantités de nourriture sont gaspillées dans toute la chaine d’approvisionnement alimentaire : dans la production primaire, pendant la distribution et la vente des produits alimentaires, la préparation et la distribution de la nourriture dans les environnements commerciaux et domestiques. Ces résidus peuvent être valorisés pour leurs contenus en biomolécules, notamment en polyphénols et qui pourront être destinées aux marchés des aliments fonctionnels et des nutraceutiques. Les pesticides sont des produits phytopharmaceutiques qui augmentent la production alimentaire et contrôlent certaines maladies, mais présentent des dangers pour l'environnement, ainsi que les personnes: intoxications aiguës, cancer, asphyxie, incendie, explosion, pollution… Le suivi de ces molécules dans les industries agroalimentaire et pharmaceutique est devenu une nécessité qui a pour but de limiter leurs effets négatifs car elles sont utilisées de façon excessive par les agriculteurs. En se basant sur la littérature, nous avons pu remarquer que les extraits des polyphénols produits à l’échelle industrielle contiennent toujours des résidus des pesticides qui sont présents en quantités très importantes.

2.2 Hypothèse de recherche

L’optimisation des paramètres expérimentaux de l’extraction des polyphénols d’oignon en utilisant l’éthanol comme solvant non toxique permet de produire des extraits biologiques riches en polyphénols et sans pesticides.

2.3 Objectif général

Optimiser le procédé d’extraction des polyphénols d'oignon dans le but d’avoir un extrait sans pesticides et avec un meilleur rendement.

2.4 Objectifs spécifiques

- Caractériser les pesticides présents dans les extraits des oignons ainsi que leurs teneurs - Caractériser les différents types des polyphénols présents et leurs teneurs dans les variétés d’oignons reçus de la société « Onipro ».

-Optimiser les paramètres expérimentaux d’extraction (température, concentration du solvant, temps et ratio soluté/solvant).

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Analyse des pesticides dans les extraits d’oignon

3.1 Résumé

Le mot « pesticide » est un terme générique qui englobe les produits phytopharmaceutiques (herbicides, fongicides, insecticides) utilisés en milieu végétal. Ces derniers peuvent également avoir des impacts sur la santé humaine si leurs teneurs dans les aliments dépassent certaines concentrations. Une méthode d'extraction qui s’appelle QUECHERS, a été utilisée afin d'extraire ces composés toxiques à partir des oignons jaune et rouge. Les analyses des extraits ont été faites par chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse. Les résultats obtenus ont montré que seules les racines des oignons jaunes contiennent un pesticide, la pendimethaline, à une teneur de 0,7 mg/kg matière sèche, ce qui dépasse les normes canadienne et européenne exigées (0,1 mg/kg de matière sèche).

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3.2 Introduction

En se basant sur plusieurs études et travaux scientifiques, les termes "pesticide" ou produit "phytosanitaire" ont été introduits à partir de l’époque coloniale, principalement pour la protection des cultures. Plusieurs insecticides organochlorés comme l’aldrine, l’endrine, le DDT, le dieldrine, l’heptachlore et le lindane ont été massivement utilisés dans la lutte chimique contre les ravageurs du caféier, du cacaoyer et du cotonnier (Kolani et al., 2003). Les pesticides regroupent plus de 900 matières actives qui rentrent dans la composition de 8800 produits chimiques commercialisés. Les pesticides sont généralement classés selon leur mode d’action principal ce qui permet de définir plusieurs catégories : les insecticides, les fongicides et les herbicides (Gonzalez et al., 1997).

Les pesticides existent sous deux formes naturelle ou, majoritairement, de synthèse. Ces produits biologiquement actifs peuvent être très toxiques pour les organismes cibles (Multigner, 2005). Les systèmes de production agricole actuels reposent sur l'utilisation intensive de pesticides pour maintenir des rendements élevés. Cependant, la plupart des pesticides appliqués sur les terres agricoles peuvent également affecter les organismes non ciblés et contaminer les sols et les milieux aqueux. Ces dernières années, il y a eu une préoccupation croissante puisqu’ils représentent un risque à la population globale à cause de la présence des résidus dans les approvisionnements alimentaires (Margni et al., 2002). L’homme constitue l’un de principaux organismes menacés par les pesticides résiduels du fait qu’il est l’applicateur de ces substances mais aussi le consommateur de produits alimentaires contaminées par ces résidus. Ces deux modes d’exposition, professionnel et environnemental, à ces molécules actives présentent deux risques bien différents, le premier est lié à des expositions habituellement très élevées puisqu’il y a un contact direct avec le produit chimique, le deuxième est associé à des expositions généralement très faibles mais répétées dans le temps qui peuvent provoquer certaines complications (Multigner, 2005).

L’introduction de politiques efficaces pour réduire les effets néfastes des pesticides, tout en maintenant les niveaux de production agricole, constitue un défi majeur sur la voie de l'amélioration de la durabilité de l'agriculture (Tilman et al., 2002). Les pesticides sont réglementés de façon strictes dans de nombreux pays et sont soumis à des tests rigoureux