Préparation à petite et grande échelle des liposomes encapsulant l’huile essentielle de clou de girofle libre et sous forme de complexe d’inclusion dans l’hydroxypropyl-β-cyclodextrine : caractérisation des nanostructures et évaluation de leur effet antioxydant

Clove essential oil (CEO) and its major constituent eugenol (Eug) are recognized for their biological properties. These molecules may constitute natural alternatives to synthetic antimicrobial, antioxidant, and anti-inflammatory agents in food and pharmaceutical formulations. However, CEO constituents are volatile, sensitive to light and possess low aqueous solubility, which may limit their wide applications. Our thesis focuses on the preparation and characterization of lipid vesicles encapsulating CEO, Eug and the inclusion complexes cyclodextrin/Eug. In a first step, the ethanol injection method is applied at laboratory scale where the preparation parameters have been optimized. Natural hydrogenated (Phospholipon 80H, Phospholipon 90H) and non-hydrogenated (Lipoid S100) soybean phospholipids were used to study the effect of hydrogenation and phospholipid composition on the characteristics of liposomes. Optimal conditions were then applied to prepare liposomes at large scale by membrane contactor and at pilot scale. Similar results in terms of size, polydispersity index, zeta potential, morphology and phospholipid loading rate were obtained at laboratory and large scale. This indicates the reproducibility of the preparation methods. In addition, HP-β-CD/Eug and HP- β-CD/CEO inclusion complexes were prepared in aqueous solution and were then incorporated into liposomes forming a combined system « drug in cyclodextrin in liposomes, DCL ». Double loaded liposomes (DCL2) were also prepared where CEO or Eug were added in the organic phase and their inclusion complexes in the aqueous phase. Compared to CEO and Eug loaded liposomes, DCL and DCL2 improved the loading rate of Eug and possessed smaller vesicles size. Results showed that both liposomes and DCLs are stable and maintain the antioxidant activity of Eug. In addition, liposomes protect Eug from degradation induced by UVC irradiation. DCLs, whose characteristic is to keep a volatile essential oil in a lyophilized form despite the very low applied pressures, could be considered as a promising carrier system of CEO and Eug permitting their use as ingredients in cosmetic, pharmaceutical and food industriesL'huile essentielle de clou de girofle (HECG) et son constituant majeur l'eugénol (Eug) sont reconnus pour leurs propriétés biologiques. Ces principes actifs naturels peuvent constituer des alternatifs aux agents antimicrobiens, antioxydants et anti-inflammatoires de synthèse dans les formulations alimentaires et pharmaceutiques. Cependant, leur utilisation est limitée en raison de leur faible solubilité aqueuse, volatilité et sensibilité à la lumière. Notre travail de thèse porte sur la préparation et la caractérisation des vésicules lipidiques encapsulant l'HECG et l'Eug ainsi que les complexes d'inclusion cyclodextrine/Eug. Dans une première étape, la méthode d'injection éthanolique est utilisée à l'échelle du laboratoire où les paramètres de préparation ont été optimisés. Des phospholipides naturels de soja saturés (Phospholipon 80H et Phospholipon 90H) et insaturés (Lipoid S100) ont été utilisés pour étudier l'effet de l'hydrogénation et de la composition des phospholipides sur les caractéristiques des liposomes. Les conditions optimales ont été par la suite appliquées pour préparer les liposomes à grande échelle par contacteur à membrane et à l'échelle pilote. Des résultats similaires en termes de taille, indice de polydispersité, potentiel zêta, morphologie et taux d'incorporation de phospholipides sont obtenus à petite et grande échelle. Ceci indique la reproductibilité de ces procédés de préparation. Par ailleurs, des complexes d'inclusion d'HP-β-CD/Eug et d'HP-β-CD/HECG sont préparés dans une solution aqueuse et ensuite incorporés dans les liposomes formant un système combiné « drug in cyclodextrin in liposomes, DCL ». Un système en double encapsulation (DCL2) a été également préparé où l'Eug ou l'HECG sont ajoutés dans la phase organique et leurs complexes d'inclusion dans la phase aqueuse. En comparant à une simple incorporation dans les liposomes, DCL et DCL2 améliorent le rendement d'encapsulation de l'Eug et possèdent des tailles plus petites. Les résultats ont montré que les liposomes et les DCLs sont stables et maintiennent l'activité anti-oxydante de l'Eug. De plus, les liposomes protègent l'Eug contre la dégradation induite par les rayons UVC. Les DCLs, dont la particularité est de maintenir une huile essentielle volatile dans un lyophilisat en dépit des pressions très basses appliquées, peuvent être considérés comme un système de vectorisation prometteur de l'HECG et de l'Eug permettant leur utilisation en tant qu'ingrédients dans les préparations cosmétiques, pharmaceutiques, et agroalimentaire

Preparation at small and lare scale of liposomes encapsulating clove essential oil in free and hydroxypropyl-β-cyclodextrin inclusion complex forms : characterization of nanostructures and evaluation of their antioxidant effect

L'huile essentielle de clou de girofle (HECG) et son constituant majeur l'eugénol (Eug) sont reconnus pour leurs propriétés biologiques. Ces principes actifs naturels peuvent constituer des alternatifs aux agents antimicrobiens, antioxydants et anti-inflammatoires de synthèse dans les formulations alimentaires et pharmaceutiques. Cependant, leur utilisation est limitée en raison de leur faible solubilité aqueuse, volatilité et sensibilité à la lumière. Notre travail de thèse porte sur la préparation et la caractérisation des vésicules lipidiques encapsulant l'HECG et l'Eug ainsi que les complexes d'inclusion cyclodextrine/Eug. Dans une première étape, la méthode d'injection éthanolique est utilisée à l'échelle du laboratoire où les paramètres de préparation ont été optimisés. Des phospholipides naturels de soja saturés (Phospholipon 80H et Phospholipon 90H) et insaturés (Lipoid S100) ont été utilisés pour étudier l'effet de l'hydrogénation et de la composition des phospholipides sur les caractéristiques des liposomes. Les conditions optimales ont été par la suite appliquées pour préparer les liposomes à grande échelle par contacteur à membrane et à l'échelle pilote. Des résultats similaires en termes de taille, indice de polydispersité, potentiel zêta, morphologie et taux d'incorporation de phospholipides sont obtenus à petite et grande échelle. Ceci indique la reproductibilité de ces procédés de préparation. Par ailleurs, des complexes d'inclusion d'HP-β-CD/Eug et d'HP-β-CD/HECG sont préparés dans une solution aqueuse et ensuite incorporés dans les liposomes formant un système combiné « drug in cyclodextrin in liposomes, DCL ». Un système en double encapsulation (DCL2) a été également préparé où l'Eug ou l'HECG sont ajoutés dans la phase organique et leurs complexes d'inclusion dans la phase aqueuse. En comparant à une simple incorporation dans les liposomes, DCL et DCL2 améliorent le rendement d'encapsulation de l'Eug et possèdent des tailles plus petites. Les résultats ont montré que les liposomes et les DCLs sont stables et maintiennent l'activité anti-oxydante de l'Eug. De plus, les liposomes protègent l'Eug contre la dégradation induite par les rayons UVC. Les DCLs, dont la particularité est de maintenir une huile essentielle volatile dans un lyophilisat en dépit des pressions très basses appliquées, peuvent être considérés comme un système de vectorisation prometteur de l'HECG et de l'Eug permettant leur utilisation en tant qu'ingrédients dans les préparations cosmétiques, pharmaceutiques, et agroalimentairesClove essential oil (CEO) and its major constituent eugenol (Eug) are recognized for their biological properties. These molecules may constitute natural alternatives to synthetic antimicrobial, antioxidant, and anti-inflammatory agents in food and pharmaceutical formulations. However, CEO constituents are volatile, sensitive to light and possess low aqueous solubility, which may limit their wide applications. Our thesis focuses on the preparation and characterization of lipid vesicles encapsulating CEO, Eug and the inclusion complexes cyclodextrin/Eug. In a first step, the ethanol injection method is applied at laboratory scale where the preparation parameters have been optimized. Natural hydrogenated (Phospholipon 80H, Phospholipon 90H) and non-hydrogenated (Lipoid S100) soybean phospholipids were used to study the effect of hydrogenation and phospholipid composition on the characteristics of liposomes. Optimal conditions were then applied to prepare liposomes at large scale by membrane contactor and at pilot scale. Similar results in terms of size, polydispersity index, zeta potential, morphology and phospholipid loading rate were obtained at laboratory and large scale. This indicates the reproducibility of the preparation methods. In addition, HP-β-CD/Eug and HP- β-CD/CEO inclusion complexes were prepared in aqueous solution and were then incorporated into liposomes forming a combined system « drug in cyclodextrin in liposomes, DCL ». Double loaded liposomes (DCL2) were also prepared where CEO or Eug were added in the organic phase and their inclusion complexes in the aqueous phase. Compared to CEO and Eug loaded liposomes, DCL and DCL2 improved the loading rate of Eug and possessed smaller vesicles size. Results showed that both liposomes and DCLs are stable and maintain the antioxidant activity of Eug. In addition, liposomes protect Eug from degradation induced by UVC irradiation. DCLs, whose characteristic is to keep a volatile essential oil in a lyophilized form despite the very low applied pressures, could be considered as a promising carrier system of CEO and Eug permitting their use as ingredients in cosmetic, pharmaceutical and food industrie

Potential applications of cyclodextrin inclusion complexes, liposomes, and drug-in-cyclodextrin-in-liposome in food industry and packaging

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Effect of composition, hydrogenation of phospholipids and lyophilization on the characteristics of eugenol-loaded liposomes prepared by ethanol injection method

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Large-scale preparation of clove essential oil and eugenol-loaded liposomes using a membrane contactor and a pilot plant

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Characteristics of soybean phospholipid liposomes incorporating clove essential oil

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Clove essential oil-in-cyclodextrin-in-liposomes in the aqueous and lyophilized states: From laboratory to large scale using a membrane contactor

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