Concentration and fractionation by membranes of spent brewer's yeast protein hydrolysate
Concentration et fractionnement par membranes d'hydrolysat protéique de levure résiduelle de bière
Résumé
The valorisation of agro-industrial by-products and the search for alternative sources of protein to produce peptides are of great importance. This work proposes the development of a process enabling the production of fractions rich in bioactive peptides from the by-product from brewing called “spent brewer’s yeast”. The motivation of this subject of research is based on the increasing demand to reuse agro-industrial by-products such as spent yeasts and on the production bioactive peptides using clean and efficient technologies. Spent brewer’s yeast slurry was collected after maturation and was submitted to cell wall disruption methods. Autolysis, glass bead milling and enzymatic hydrolysis using Brauzyn® were compared, and enzymatic hydrolysis presented a higher protein recovery and improved antioxidant activity. A simultaneous cell wall disruption and peptide production was proposed using a mixture design employing Brauzyn®, Protamex™ and Alcalase™ (pH 7.0, 50 °C, 2000 U g-1 for 2 h), being able to reduce steps during the processing of spent brewer’s yeast. Protein hydrolysates characteristics varied with the proportion of enzymes used, changing the extent of the release of hydrophobic residues, the degree of hydrolysis, antioxidant properties, browning extent and yield of solids and peptides. Membrane separation of the complex protein hydrolysate was studied firstly using polymeric membranes of regenerated cellulose and polyethersulfone and then in ceramic ones. A smaller susceptibility to fouling was observed for more hydrophilic surfaces, and at higher feed pH values. Results confirmed that the main foulants during ultrafiltration of spent brewer’s yeast protein hydrolysate are peptides that adsorb easily onto the membrane surface. Fractionation using ceramic membranes of 50-1 kg mol-1 of molecular weight cut-off was able to separate multi-active peptides from total sugars and ribonucleic acids. Spent brewer’s yeast peptides presented antioxidant activity by different mechanisms, in vitro anti-diabetic activity (inhibition of α-glucosidase and α-amylase) and anti-Alzheimer activity (inhibition of acetylcholinesterase). Sequential processing of spent brewer’s yeast using enzymatic and membrane separation technologies was able to recover peptides with multiple bioactivities from an underused by-product from brewing. Fractions produced represent an alternative as peptide-rich ingredients in the food and pharmaceutical industries.
La valorisation des sous-produits agro-industriels et la recherche de sources alternatives de protéines pour la production de peptides sont d’une grande importance. Ce travail propose le développement d’un procédé capable d’obtenir des fractions riches en peptides bioactifs à partir du sous-produit de brasserie appelé « levure résiduelle de bière ». Ces travaux de recherche sont motivés par la nécessité de valorisation des sous-produits agro-industriels et la demande croissante de peptides bioactifs produits par des technologies vertes et efficaces. La suspension de levure résiduelle de bière a été recueillie après maturation puis soumise à différents traitements de rupture de la paroi cellulaire. L’autolyse, le broyage par billes de verre et l’hydrolyse enzymatique utilisant Brauzyn® ont été comparés, et l’hydrolyse enzymatique a permis une récupération plus importante des protéines avec une activité antioxydante plus élevée. Une rupture de la paroi cellulaire simultanée à la production de peptides a été proposée grâce à un plan de mélanges en utilisant Brauzyn®, Protamex™ et Alcalase™ (pH 7,0, 50 °C, 2000 U g-1 pendant 2 h). Cette procédure a permis de réduire le nombre d’étapes requises pour le traitement des levures résiduelles de bière. Il a été montré que les caractéristiques des hydrolysats obtenus (la quantité de résidus hydrophobes libérés, le degré d’hydrolyse, les propriétés antioxydantes, l’évolution du brunissement et le rendement en solides) est fonction de la proportion en enzymes utilisée. Le fractionnement par techniques membranaires de l’hydrolysat protéique a d’abord été étudié en utilisant des membranes polymères en cellulose régénérée et en polyethersulfone, et ensuite avec des membranes céramiques. Les phénomènes de colmatage sont moins importants lorsque les surfaces sont hydrophiles et lorsque la valeur du pH de l’alimentation est élevée. Les résultats ont confirmé que les principaux éléments colmatants de l’hydrolysat de protéines de levure résiduelle de bière sont les peptides qui s’absorbent facilement à la surface des membranes. Le fractionnement en cascade avec des membranes céramiques de 50 à 1 kg mol-1 de seuil de coupure a permis de séparer des peptides multi-bioactifs des sucres totaux et des acides ribonucléiques. Les peptides de levure résiduelle de bière ont présenté des activités antioxydantes impliquant différents mécanismes d’action, une activité anti-diabétique (inhibition de l’α-glucosidase et de l’α-amylase) et une activité anti-Alzheimer (inhibition de l’acétylcholinestérase). Le traitement séquentiel de la levure résiduelle de bière couplant des technologies d’hydrolyse enzymatique et les techniques de séparation par membranes a permis de récupérer des peptides ayant de multiples bio-activités à partir d’un résidu sous-utilisé du brassage. Les fractions produites représentent une alternative en tant qu’ingrédients riches en peptides pour des applications en industries alimentaires et pharmaceutiques.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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