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Thèse Année : 2019

effect of the extraction of proteins from hemp press-cakes on their functionalities

effet de l’extraction des protéines de tourteaux de chanvre sur leurs fonctionnalités

Résumé

Plant proteins are a coherent option to feed the planet while limiting global warming. Common proteins (wheat, soya and maize) will soon no longer be sufficient to meet the increased demand for proteins. This thesis focuses on the development of a new source of plant protein for human consumption, based on a co-product of the oil mill: hemp proteins from press-cake. To meet this objective, the three main lines of action are: the definition of extraction conditions, the study of the physico-chemical properties of the isolates extracted under the defined conditions and the study of their emulsifying properties. The data in the literature on the extraction of hemp proteins are limited and not very detailed. Proteins are generally extracted from solvent-delipidated press-cake by alkaline solubilization (pH 10), isoelectric precipitation (pH 5), neutralization (pH 7) and freeze-drying. These protein isolates appear to have low solubilities over a wide pH range, probably due to strong interactions between proteins at the isoelectric point that insolubilize some of them. The extraction desired in our study is an extraction from raw press-cake (without solvent), without isoelectric precipitation and allowing globulins and albumins to be extracted simultaneously. The impact of extraction conditions on the quality and quantity of extracted proteins is determined. The hydration conditions studied are different pH (2 to 12), ionic strengths (0 to 500 mM NaCl) and weight ratios of press-cake/water (2 to 22%). The effects of an ultrafiltration purification step and the drying method (spray or freeze-drying) are also studied. Only alkaline pH ≥10 allows the simultaneous extraction of globulins and albumins with yields ≥40%. On the other hand, such pH values also solubilize phenolic compounds that can form complexes with proteins. A diafiltration step by ultrafiltration is necessary to increase protein purity to more than 80% and spray-drying does not seem to be denaturing. Extraction at pH 10 produces native proteins. In their raw state, they show good emulsifying properties. Thermal denaturation greatly reduces their emulsifying properties. Extraction at pH 12 denatures proteins, certainly due to a high surface charge that induces their unfolding. Aggregates probably involving phenols via covalent bonds are formed. However, the solubility of these proteins as well as their emulsifying properties are better than those of proteins extracted at pH 10. Through this manuscript we discussed and tried to understand the differences observed between the proteins extracted at pH 10 and pH 12.
Les protéines végétales sont une option cohérente pour nourrir la planète tout en limitant le réchauffement climatique. Les protéines courantes (blé, soja et maïs) ne seront bientôt plus suffisantes pour répondre à l’augmentation de la demande en protéines. Cette thèse porte sur la valorisation d’une nouvelle source de protéine végétale pour l’alimentation humaine, à partir d’un coproduit de l’huilerie : les protéines de chanvre issues de tourteau de presse. Pour répondre à cet objectif les trois axes suivis sont : la définition des conditions d’extraction, l’étude des propriétés physicochimiques des isolats extraits selon les conditions définies et l’étude de leurs propriétés émulsifiantes. Les données de la littérature relatives à l’extraction des protéines de chanvre sont peu nombreuses et peu détaillées. Les protéines y sont généralement extraites à partir de tourteau délipidé au solvant, par solubilisation alcaline (pH 10), précipitation isoélectrique (pH 5), neutralisation (pH 7) et lyophilisation. Ces isolats protéiques semblent posséder de faibles solubilités sur une large gamme de pH, probablement à cause de fortes interactions entre les protéines au point isoélectrique qui en insolubilise une partie. L’extraction souhaitée dans notre étude est une extraction à partir de tourteau brut (sans solvant), sans précipitation isoélectrique et permettant d’extraire simultanément les globulines et les albumines. L’impact de conditions d’extraction sur la qualité et la quantité de protéines extraites est déterminé. Les conditions d’hydratation étudiées sont différents pH (2 à 12), forces ioniques (0 à 500 mM de NaCl) et ratios massiques tourteau/eau (2 à 22%). Les impacts d’une étape de purification par ultrafiltration et du mode de séchage (atomisation ou lyophilisation) sont également étudiés. Seuls des pH alcalins ≥10 permettent l’extraction simultanée des globulines et des albumines avec des rendements ≥40%. En revanche de tels pH solubilisent également des composés phénoliques qui peuvent se complexer aux protéines. Une étape de diafiltration par ultrafiltration est nécessaire pour augmenter la pureté protéique à plus de 80% et l’atomisation ne semble pas dénaturante. L’extraction à pH 10 permet d’obtenir des protéines natives. A l’état brut elles montrent de bonnes aptitudes émulsifiantes. Une dénaturation thermique réduit fortement leurs propriétés émulsifiantes. L’extraction à pH 12 dénature les protéines certainement suite à une charge de surface élevée qui induit leur dépliement. Des agrégats impliquant probablement des phénols via des liaisons covalentes sont formés. Cependant la solubilité de ces protéines de même que leurs propriétés émulsifiantes sont meilleures que celles des protéines extraites à pH 10. A travers ce manuscrit nous discutions et tentons de comprendre les différences observées entre les protéines extraites à pH 10 et à pH 12.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03119877 , version 1 (25-01-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03119877 , version 1

Citer

François Potin. effet de l’extraction des protéines de tourteaux de chanvre sur leurs fonctionnalités. Biotechnologies. Université Bourgogne Franche-Comté, 2019. Français. ⟨NNT : 2019UBFCK076⟩. ⟨tel-03119877⟩
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