Chitosan polymers and plant extracts to develop biofungicides
Polymères de chitosane et extraits de plantes pour développer des biofongicides
Résumé
Cereals are subject to contamination by pathogenic fungi, which damage grains and threaten the public health with their mycotoxins. Recently, the raise of public and political awareness concerning environmental issues tend to limit the use of traditional fungicides against these pathogens in favour of eco-friendlier alternatives. In this framework, this thesis work aims to create a formulation based on renewable products in order to limit the fungal development and control the production of mycotoxins from cereal fungi. Our work exploits the remarkable properties of three compounds: the chitosan, a chitin derived biopolymer, the tetrahydrocurcumin (THC), a curcumin derivative, and plant extracts. In a first step, we studied and characterise the physicochemical properties of different chitosans. Chitosan solutions were shown to reduce the mycelial growth of a target model fungi Fusarium graminearum, and to divide by 2 the accumulation of mycotoxins. In addition, we showed that this biopolymer was able to maintain its antifungal properties as a form of a coating. In a second step, we focused on different plant extracts with antimicrobial activities. THC was able to inhibit the toxin production and a maritime pine by-product showed its potential to control the fungal growth. The combination of the THC or the wood extract with chitosan was then studied to increase the efficiency of the formulation. To this end, a significant work was made to increase the solubility of THC in water by forming an inclusion complex in cyclodextrins or by protecting it in starch or chitosan particles. In particular, we showed that the addition of pine extracts to a chitosan-based solution can double the effectiveness of the formulation.
Les cultures céréalières sont sujettes aux invasions de champignons pathogènes, ce qui altère la qualité des grains et pose un problème de santé publique, en raison de mycotoxines potentiellement contenues dans ces grains. Face à la prise de conscience publique et politique de la nécessité d’inclure la composante environnementale dans nos modes de consommation et de production, les fongicides synthétiques traditionnels se voient petit à petit remplacés par des alternatives plus « vertes ». Dans ce contexte, ce travail de thèse a pour but de créer une formulation à base de produits renouvelables, pour contrôler le développement et la production de toxines d’espèces fongiques pathogènes. Ce travail exploite les propriétés remarquables de trois composés : le biopolymère de chitosane, dérivé de la chitine, la tétrahydrocurcumine (THC), un dérivé de curcumine, et des extraits de pins et de vigne. Les propriétés physico-chimiques des chitosanes ont tout d’abord été caractérisées. Ces solutions de chitosanes présentent des effets antifongiques prometteurs réduisant la croissance mycélienne du champignon modèle cible Fusarium graminearum et divisant sa production de mycotoxines de plus moitié. Un des principaux atouts de ce biopolymère réside dans le fait qu’il conserve ses propriétés antifongiques sous forme d’enduction. Des extraits végétaux possédant des activités antimicrobiennes ont ensuite été étudiés. Premièrement, la THC inhibe la production de toxines et est donc combinée avec du chitosane. Afin d’accroître la solubilité dans l’eau et l’efficacité de la THC, des complexes d’inclusion ont été formés avec des cyclodextrines. De même, cette THC a été encapsulée dans d’autres matrices de biopolymères variés, tels que l’amidon ou le chitosane. Deuxièmement, les extraits issus de ressources locales de pins maritimes et de vignes démontrent eux aussi des effets antifongiques et anti-mycotoxigéniques. En particulier, l’addition d’un de ces extraits, celui d’écorce de pin maritime, à une formulation de chitosane double l’efficacité de ce dernier contre le développement du mycélium.
Origine : Version validée par le jury (STAR)