Identification of genetic, environmental and technologic factors associated to the variability of vitamins in common wheat and wheat based food products | Identification de facteurs génétiques, environnementaux et technologiques associés à la variabilité de la valeur nutritionnelle du blé et des produits industriels dérivés

French. Le blé est la seconde céréale la plus cultivée dans le monde et constitue un apport majeur de l’alimentation quotidienne. L’effort consentie à continuellement améliorer les qualités meunière et boulangère du blé tendre, s’est fait au détriment du caractère nutritionnel du grain. Ainsi la plupart des produits industriels dérivés des grains de blé sont produits à partir de farines blanches raffinées qui ne contiennent ni le germe ni les sons. Cependant, dans ces différents tissus qui sont éliminés et qui servent essentiellement à nourrir les animaux, se concentrent les principaux micronutriments tels que les vitamines, les minéraux, les fibres et des substances phytochimiques. Les différentes enquêtes épidémiologiques ont bien mis en évidence les conséquences négatives de la déplétion en micronutriments des produits céréaliers raffinés. Dans l’objectif d’une alimentation plus saine voir même préventive, la consommation d’aliments enrichis en micronutriments naturellement présents dans le grain de blé tendre semble être une démarche efficace. Dans cette optique, ce travail de thèse a permis de consolider et d’accroitre les connaissances concernant les voies d’amélioration des teneurs en vitamines des grains de blés tendres ainsi que des produits industriels qui en sont dérivés. En premier, nous nous sommes intéressés au développement d’une méthode simple et rapide basée sur la spectrométrie de masse couplée à la chromatographie liquide pour la détermination simultanée de sept vitamines hydrosolubles dans divers matériels végétaux. Les vitamines présentes dans les différents matériels végétaux furent séparées en moins de 15 min grâce à l’utilisation d’une colonne C18 en phase inverse, et analysées en mode ElectroSpray positif et MRM. La réponse pour toutes les vitamines a été linéaire sur l’ensemble des concentrations étudiées (0.05 to 9 μg/mL) avec des coefficients de corrélation compris entre 0.991 et 1. Les limites de quantification de la méthode analytique ont été évaluées entre 0.09 et 3.5 μg/g. Les précisions intra-journalière et interjournalière étaient satisfaisantes. La deuxième partie de nos travaux a concerné l’impact des procédés de transformation du grain (production d’une nouvelle fraction de mouture et grillage) sur la teneur en vitamines. Afin de réaliser cette objectif, la méthode développée a été appliquée pour l’analyse simultanée des concentrations en vitamines hydrosolubles contenues dans différentes farines semi-complètes ainsi que dans les pâtons, pains et pains grillés qui en sont dérivés. En parallèle, les concentrations endogènes des vitamines E, de la Lutéine et du β-sitostérol ont également été évaluées dans le même matériel. Nous avons mis en évidence que les concentrations en acide nicotinique, pyridoxale, pyridoxine et acide pantothénique étaient significativement plus élevées dans les gros sons que dans les autres fractions de moutures, alors que les concentrations en β-sitostérol, lutéine, α-tocotriénol, α-tocophérol et thiamine (20.87 μg/g DM)étaient plus importantes dans la fraction de mouture enrichie. L’étape de grillage induit une augmentation significative en α-tocophérol (+216%), β-γ- tocophérol (+52%), α-tocotriénol (+83%), β-γ-tocotriénol (+32%), acide nicotinique (+55%), nicotinamide (+97%) et en pyridoxine (+77%). L’ensemble de ces résultats nous a permis de montrer qu’un enrichissement de farine blanche par la fraction de mouture dite enrichie pourrait potentiellement permettre d’accroître les produits qui en dérive en vitamine E. De plus le grillage pourrait libérer des composés bioactifs, augmentant ainsi leur biodisponibilité et la valeur nutritionnelle des pains. Cette thèse a également montré l’influence de la variabilité génétique et environnementale sur les teneurs en vitamines d’une core collection de 195 accessions de blé tendre cultivés en deux lieux très différents. Les résultats obtenus indiquent qu’il existe une influence significative de l’effet génétique sur la variabilité des concentrations en nicotinamide, riboflavine et acide pantothénique pour les vitamines du groupe B et un impact significatif sur la teneur en des composés bioactifs liposolubles tels que l’ α-tocotriénol, β-sitostérol et la lutéine. L’influence des facteurs du milieu de culture sur la variabilité des vitamines a également été significative, et il a été suggéré que les valeurs d’héritabilité en vitamines hydrosolubles et en molécule bioactives liposoluble des accessions de la core collection étudiée étaient très élevées. De plus, il semble que la sélection intensive n’ait pas diminué les concentrations en ces composés d’intérêts. Enfin, des zones chromosomiques impliquées dans la régulation des teneurs en vitamines des grains de blé tendre ont été recensées. Ces nouvelles données génétiques pourraient aider les sélectionneurs à développer des nouveaux marqueurs molécu

English. Wheat is the second largest crop cultivated around the world and constitutes a major part of the daily diet in Europe. During the course of improving the baking quality of wheat cultivar, most of the nutritional attributes have been underestimated. It is therefore unfortunate that most of wheatbased food products are mostly produced from refined white flour from which peripheral tissues (germ and envelopes) are removed. However, these tissues, which are eliminated and serve mainly for animal feeding, contain most of the vitamins, minerals, fiber and phytochemicals of the grain. It is becoming evident that many of the health benefits associated with the consumption of whole grain cereal products, relate to the enhanced intake of micronutrients, phytochemicals and dietary fiber. In the context of consuming wheat derived foods with enhanced nutritional value, as part of a healthy diet, this thesis provide results which strengthen the knowledge of vitamins accumulation in common wheat and in wheat-based food products. Firstly, we have developed a simple and rapid method based on liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) for the simultaneous screening of seven water soluble vitamins in various wheat-based food materials. The vitamins present in the test materials were separated in less than 15 min by using a reverse-phase C18 column, and analyzed by positive ion electrospray selected reaction monitoring MS/MS. The MS response for all the vitamins was linear over the working range (0.05 to 9 μg/mL) with correlation coefficients ranging between 0.991 and 1. Limits of quantification in the different food materials ranged from 0.09 to 3.5 μg/g. Intra-day and inter-day precision was found satisfactory. The second part of our research, have focused on monitoring the levels of vitamins upon the wheatbased foods processing operations, such as production of new wheat milling fraction (consisting in enriched fraction) and breadmaking toasted bread. In order to achieve this goal, the developed method was applied for the simultaneous analysis of the water-soluble vitamin natural content of different semi-coarse wheat flours and in their corresponding baking products. In addition the vitamin E, Lutein and β-sitosterol natural content was also measured in the same materials. It was shown that the concentration of nicotinic acid, pyridoxal, pyridoxine, pantothenic acid were significantly higher in the coarse bran than in the other milling fractions, while the concentration of β-sitosterol, lutein, α-tocotrienol, α-tocopherol and thiamin (20.87 μg/g DM) were the highest in the enriched fraction. The toasting step induced a significant increased of α-tocopherol (+216%), β-γ- tocopherol (+52%), α-tocotrienol (+83%), β-γ-tocotrienol (+32%), nicotinic acid (+55%), nicotinamide (+97%) and of pyridoxine (+77%). Furthermore, it was demonstrated that the enriched fraction could be a functional ingredient in order to enrich wheat-based products in fat soluble vitamins and that the toasting process could release bound bioactive compounds and led to enhance the nutritional quality of bread. This thesis also addressed the influence of genetic and environmental variability on the nutritional status of bread wheat varieties of a large international bread wheat core collection grown in two contrasting growing location. The results presented indicate that genotype had a significant impact on the variations of nicotinamide, riboflavin and pantothenic acid contents for the B-vitamins and significant impact on the variations of α-tocotrienol, β-sitosterol and lutein contents for the fat5 soluble bioactive compounds. In addition, the growing environment may significantly affect the vitamin compositions and, it was suggested that within the core collection used in this study, the variation in B and lipid-soluble bioactive componds was highly heritable. The evaluation of the relationship between the contents of vitamins and the release dates or geographical origins of wheat accessions in the core collection, has led to the conclusion that the contents of vitamins have not decreased with modern plant breeding. Finally, relevant genomic regions involved in the genetic control of wheat vitamins composition have been reported. Thus, the current analyses provides innovative and relevant genetic data to develop