En réponse aux attentes actuelles des consommateurs pour des produits de haute qualité nutritionnelle et environnementale, et face aux impératifs industriels conduisant à minimiser les risques et l’impact environnemental lors de l’extraction à l'hexane de l’huile de la graine de colza, l’étude de l’extraction aqueuse avec assistance enzymatique de cette huile a été reprise avec 2 objectifs principaux : déterminer les enzymes et mélanges d'enzymes adaptés à la meilleure déstructuration du tissu adipeux végétal, et d'autre part étudier les propriétés et la déstabilisation de l'émulsion formée. De l'optimisation de ces 2 séquences du process dépendent les rendements finaux en huile de l'extraction et les propriétés du tourteau, qui constituent les clés économiques de l'émergence de cette nouvelle technologie. Pour cela, après caractérisation physicochimique des constituants de la graine, protéases et polysaccharides hydrolases ont été testées seules ou en combinaison afin d’optimiser le rendement en huile libre et en huile contenue dans l’émulsion engendrée lors de l’extraction et obtenue par centrifugation. Après caractérisation de l’émulsion (rhéologie, diffusion statique de la lumière, pH, conductivité), des tests de déstabilisation physicochimiques ou thermo-mécaniques ont été mis en œuvre afin de séparer les constituants de l’émulsion formée, et obtenir ainsi la libération de l'huile. Les tests réalisés ont permis de retenir trois procédés de déstabilisation: l’addition de talcs, l’inversion de phase par addition d’huile exogène en présence de NaCl dans la phase aqueuse, et les cycles de congélation/décongélation. Afin d’apporter les premiers éléments de l’optimisation de ce dernier procédé, une étude par planification expérimentale a été mise en œuvre / Consumer's concerns about the quality and environmental impact of the products as well as the industrial requirements regarding the risk assessment and the environmental and health repercussions of the solvent extraction of rapeseed oil using hexane led us to work on the optimisation of the aqueous enzymatic extraction of this oil. The study has been carried out to determine the best combination of enzymes able to achieve the disruption of the vegetal adipose tissue, and to characterize the emulsion obtained after centrifugation. The final objective was to maximize the yields of the oil extraction and to obtain adequate nutritional properties of the cake. After the physicochemical characterization of the rapeseed raw material, several proteases and polysaccharide hydrolases have been tested individually and in combination in order to optimize the removal of free oil and the emulsion oil yield occurring during the aqueous extraction process. The physicochemical properties of the emulsion have been determined: rheological properties, pH, conductivity, spectroscopy by Short Angles Light Scattering). Thereafter some physicochemical and thermo-mechanical treatments have been carried out to destabilize the oil-in-water emulsion obtained after the centrifugation, which contained a large part of the total oil of the reaction mixture. Three destabilization processes appeared particularly interesting to increase the free oil removal from the emulsion: talc addition before centrifugation, phase inversion by addition of exogenous oil in presence of NaCl in the aqueous phase, and freezing/thawing cycles. Finally, an optimisation trial of the freezing/thawing process using a Doehlert experimental design has been done as an example

L'extraction d'huile de graines d'oléagineux en milieu aqueux a pour principal objectif la suppression des solvants utilisés dans les industries de trituration. Pour extraire l'huile des graines, les mélanges enzymatiques et de nombreux paramètres physico-chimiques ont été étudiés. Deux plans d'expériences consécutifs, réalisés sur le M.I.A. ont permis de formuler des mélanges d'enzymes efficaces, constitués de 3 ou 4 préparations enzymatiques commerciales parmi les 25 retenues initialement. Cette démarche permet de réaliser des mélanges optimaux pour la dégradation des parois des graines étudiées. Les extractions d'huile font apparaître 4 phases après séparation par centrifugation : résidu solide, émulsion, phase aqueuse et huile libre. Les effets de différents paramètres physico-chimiques ont été évalués (broyage, temps, température, agitation, séparation...). Au final, l'huile libérée des graines à l'aide des mélanges formulés (85% de l'huile totale pour le colza, 92% pour le tournesol), la quantité de sucres fermentescibles produite (entre 60 et 80 g/l en fonction des conditions) ou encore la concentration de protéines solubilisées (supérieure à 30g/l) sont les résultats marquants de cette étude. Cette étude décryptant les conditions à mettre en œuvre pour maximiser l'extraction d'huile en phase aqueuse constitue un socle de connaissances permettant d'envisager le développement futur d'un bioraffinage complet des graines de colza grâce à la valorisation de chacun des co-produits huiles, protéines (napines du colza) et sucres fermentescibles. / The extraction of oil from oilseed in an aqueous medium aims to remove the solvents used in the crushing industry. To extract oil from seeds, the enzymatic mixtures and numerous physico-chemical parameters have been studied. Two consecutive experimental designs, realized on the A.I.M. prepared from treated seeds, allowed to select effective enzyme mixtures, consisting of 3 or 4 commercial enzyme preparations out of the 25 originally selected. This original approach, based on the use of statistical tools, allows to achieve optimal mixtures for the degradation of the walls of studied seeds. The extraction of oil shows 4 phases after separation by centrifugation: solid residue, emulsion, aqueous phase and free oil. The effects of different physico-chemical parameters were evaluated (grinding time, temperature, agitation, separation...). Finally, the oil released from seeds using enzymatic mixtures made (85% of the total oil for rapeseed, 92 % for sunflower), the amount of fermentable sugars produced (60 and 80 g/l depending on conditions) or the concentration of solubilized protein (greater than 30g/l) are the landmark results of this study. This study, decrypting the conditions to implement the maximization of oil extraction in aqueous phase, is an important whole of knowledge to contribute the future development of a complete biorefining of rapeseed and sunflower with the use of each co-products : oils, proteins (napins from rape) and fermentable sugars.

Le projet de maîtrise vise à contribuer au développement durable de l'aquaculture en replaçant l'huile de poisson à 75 % par de l'huile végétale (soya, canola, mélange de canola et d'algues) dans la moulée de salmonidés. De plus, les ratios protéines digestibles/énergie digestible (PD/ED) ont été modifiés pour minimiser l'utilisation de sous-produits de poissons sauvages. Contrairement à l'huile de poisson qui est dispendieuse et contient des polluants organiques persistants (POPs), nous prévoyons que l'huile végétale permettra de réduire les coûts de production et l'exposition aux contaminants pour les poissons et pour les consommateurs. De plus, elle ne modifiera pas les propriétés sensorielles des filets et sera hautement digestible pour la truite arc-en-ciel (Oncorhynchus mykiss). Enfin, l'huile de canola, avec ou sans Schizochytrium sp., permettra de remplacer l'huilé de poisson sans affecter la qualité des filets, suite à une courte période de finition pour restaurer les niveaux bénéfiques d'acides gras essentiels. / The Master's degree project seeks to contribute to the development of sustainable aquaculture. A high percentage of fish oil (75 %) was replaced by vegetable oils (soybean, canola and a blend of canola and algae) and digestible protein/digestible energy (DP/DE) levels were modified to minimize the utilisation of wild fish by-products. Unlike fish oil, vegetable oils are less expensive and do not accumulate persistent organic pollutants (POPs), so we predict that production costs can be lowered with vegetable oil-based diets, as well as contaminant exposure for fish and consumers. Additionally, these feeds will not alter organoleptic properties of the fillets and will be highly digestible for rainbow trout {Oncorhynchus mykiss). Furthermore we expect that canola oil, with or without Schizochytrium sp., can effectively replace fish oil without altering the quality of the fillets, after a short finishing period to restore beneficial fatty acid levels.

L’objectif de cette maîtrise est de développer une matrice alimentaire sans gluten par l’incorporation des protéines de canola (PC) dans une farine de riz blanc afin d’offrir aux personnes intolérantes au gluten un produit de bonne qualité d’un point de vue organoleptique (volume massique, structure alvéolaire et couleur) et de valeur nutritionnelle. La matrice sélectionnée est du pain à base de farine de riz blanc. Cinq formulations ont été testées dans la première partie de ce travail : témoin-1 (blé tendre), témoin-2 (100% riz), pain de riz +3% PC, pain de riz + 6% PC, pain de riz + 9% PC. Les produits obtenus ont été caractérisés à toutes les étapes de fabrication en utilisant différentes techniques : poussée volumique, variation thermique au cours des étuvages et de la cuisson, pH (acidité), perte d’eau, volume massique, analyse colorimétrique, dosage des protéines et analyse du profil de la texture. Dans la deuxième partie, deux variables indépendantes ont été additionnées; soit shortening (1, 2, 3%) et gomme de xanthane (0.5, 1, 1.5%), dans le but d’améliorer le volume massique de la meilleure formulation obtenue dans l’étape précédente. Ensuite, des essais de correction ont été attribués aux produits obtenus par l’introduction du bicarbonate de sodium (0.5, 1, 1.5%) et d’huile de canola à la place du shortening (1, 2, 3%). Les tests de panification ont donné différents volumes massiques et structures alvéolaires qui étaient jugés de qualité inférieure à celle du témoin-1 (2.518 mL/g), mais largement supérieure à celle du témoin-2 (1.417 mL/g). Le meilleur volume massique obtenu est de 1.777 mL/g, correspondant à celui du pain obtenu par la combinaison 6%PC+0.5%GH+B 1.5%+ H3%. Finalement, les résultats de ce projet ont montré l’impact positif de l’incorporation des protéines de canola dans un pain sans gluten à base de farine de riz blanc. Ce travail constitue une contribution à la possibilité de substituer le gluten par d’autres protéines ayant de bonnes propriétés techno-fonctionnelles, en particulier la capacité à donner du volume au produit final. / This study aimed at developing a gluten-free food matrix by incorporating canola proteins in white rice flour bread formulation. This matrix offers to persons intolerant to gluten a product with good quality such as including enhanced mass volume, honeycomb structure, attractive color, and good nutritional value. In the first step, we tested five formulations, namely control-1 (100% wheat flour), control-2 (100% rice flour), rice flour + 3% PC, rice flour + 6% PC and rice flour + 9% PC. At each single manufacturing step, the initial and final products have been characterized using different techniques including volume expansion, temperature profile during fermentation and cooking, pH (acidity), water loss, mass volume, colorimetric analysis, total protein content, and texture profile analysis. At the second step, two independent variables were added: shortening (1, 2, 3%) and xanthan gum (0.5, 1, 1.5%) in order to improve the mass volume of the loaf obtained by the best formulation among the five tested in the first step. Thereafter, correction attempts have been made to the obtained products by adding sodium bicarbonate (0.5, 1 and 1.5%) and canola oil instead of shortening (1, 2, 3%). Bread making tests showed different mass volumes and honeycomb structures of lower quality compared to those of control-1 bread (2.518 mL/g), but significantly higher than those of control-2 (1.417 mL / g). The highest mass volume of 1.777 mL/g was obtained with the following bread formulation: 6% 0.5% PC + GH + B + 1.5% H3%. In summary, this project demonstrated the positive impact of canola proteins incorporation into white rice flour-based gluten-free bread. These results contribute to the progress of current research focusing on substituting gluten by other proteins having good technofunctional properties.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2004-2005 / La mort cellulaire programmée (PCD) est un processus physiologique ou pathologique permettant l’élimination sélective de cellules devenues inutiles, endommagées ou infectées pour le maintien de l’intégrité ou l’adaptation (fitness) de l’organisme ou de la population cellulaire. Chez les végétaux, les mécanismes moléculaires régulant la PCD ne sont pas encore élucidés, mais la découverte que la protéine humaine anti-PCD Bax Inhibitor-1 (BI-1) est conservée chez les plantes, pourtant dépourvues de la protéine pro-PCD Bax, en a fait un candidat fort prometteur pour l’élucidation de sentiers de mort évolutivement conservés. En ce sens, cette thèse décrit la caractérisation d’orthologues de BI-1 isolés de Brassica napus (BnBI-1) et de Nicotiana tabacum (NtBI-1). Nous avons déterminé par des analyses informatiques et des études d’expression que BI-1 est une protéine membranaire intégrale possédant sept domaines transmembranaires putatifs et localisée au réticulum endoplasmique. Des essais fonctionnels dans des cellules humaines HEK 293 ont révélé que des orthologues végétaux de BI-1 peuvent inhiber la PCD (apoptose) induite par Bax dans ces cellules. Par ailleurs, des lignées cellulaires de tabac présentant des niveaux inférieurs de la protéine NtBI-1 grâce à l’expression d’un ARNm antisens entament un programme précoce de PCD suite à une déficience en carbone, démontrant ainsi le rôle anti-PCD intrinsèque de BI-1 dans des cellules végétales. Nous avons également découvert que la protéine NtBI-1 est surexprimée en présence de cytokinines (CK) dans des cultures cellulaires de tabac, et ce à des concentrations coïncidant avec l’établissement d’une réponse de stress, un phénomène impliquant des mécanismes de régulation post-transcriptionnels. La réponse cellulaire envers les CK comprend également un influx rapide de Ca2+ de l’apoplaste vers le cytosol. Cet influx est partiellement impliqué dans l’induction de la PCD mais non dans la signalisation menant à la surexpression de BI-1. L’ensemble de nos résultats indique que BI-1 est bel et bien un régulateur négatif de la PCD végétale, qui agirait au sein d’un sentier de mort évolutivement conservé. L’augmentation de l’accumulation de la protéine NtBI-1 lors de la réponse de stress envers les CK pourrait contribuer à la survie des cellules et laisse supposer que la protéine est impliquée dans l’activité anti-sénescence des CK. BI-1 s’insère dans un sentier où son niveau d’expression influence la capacité cellulaire à résister aux stress générés entre autres par une disette en carbone, et ce potentiellement via la modulation de l’homéostasie du Ca2+ intracellulaire. / Programmed cell death (PCD) is a physiological or pathological process allowing the selective elimination of useless, damaged or infected cells with the aim of maintaining the integrity or fitness of the remaining organism or cell population. In plants, molecular mechanisms regulating PCD are not yet elucidated, but the identification of functional plant orthologs of the human anti-PCD protein Bax Inhibitor-1 (BI-1), given that the pro-PCD protein Bax is absent in the plant kingdom, revealed the potential of BI-1 as an evolutionary conserved cell death regulator. Accordingly, this thesis describes the characterization of BI-1 orthologs isolated from Brassica napus (BnBI-1) and Nicotiana tabacum (NtBI-1). While combining bioinformatics analysis and localization studies using a fusion between BnBI-1 and the green fluorescent protein, we determined that BI-1 is an integral membrane protein provided with seven putative transmembrane domains localized at the endoplasmic reticulum. We also proceeded to functional assays in human HEK 293 cells, and we demonstrated that plant BI-1 orthologs can inhibit Bax-induced PCD (apoptosis) in these mammalian cells. On the other hand, we demonstrated that tobacco cell lines expressing lower levels of the NtBI-1 protein via an antisens mRNA induced an early PCD program under carbon starvation. We also discovered the up-regulation of NtBI-1 when cultured cells were grown in the presence of cytokinins (CKs), which correlated with the establishment of a stress response. The phenomenon involved post-transcriptional regulatory mechanisms of the BI-1 protein accumulation. Cellular response to CKs also involved a rapid influx of Ca2+ from the apoplast to the cytosol and this influx is partly involved in PCD induction but not in signaling leading to BI-1 modulation. Taken together, our data indicate that BI-1 is a negative regulator of plant PCD that would act in an evolutionary conserved death pathway. NtBI-1 protein over-accumulation in the stress response to CKs could contribute to cell survival and suggests the involvement of the protein in the senescence-delay activities of CKs. BI-1 is part of a pathway where its expression level influence cellular ability to resist to carbon starvation- or senescence-induced stresses, potentially via modulation of intracellular Ca2+ homeostasis.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016 / Le tourteau de canola représente une importante source de protéines de haute valeur nutritionnelle et pourrait faire l’objet de multiples utilisations dans l’alimentation humaine. Toutefois, l’extraction conventionnelle de ces protéines, généralement réalisée en milieu fortement alcalin, altère leurs qualités et fonctionnalités. De plus, l'engouement pour les technologies vertes, justifié par la pollution générée par l’industrie agroalimentaire et la consommation accrue de l’énergie par celle-ci, incite les industriels à innover en utilisant des méthodes d'extraction alternatives respectueuses des principes du développement durable. Dans ce contexte, l’électro-activation, une technologie novatrice et prometteuse pour l’industrie alimentaire, a fait l’objet d’une étude détaillée sur son utilisation pour produire des solutions d’extraction ayant un pouvoir extractif élevé. Elle consiste à appliquer un champ électrique pour activer des solutions aqueuses, légèrement salines, pour les utiliser dans la réalisation de différentes réactions chimiques, y compris l’extraction de protéines. Ce projet vise à démontrer la preuve du concept de l’efficacité de l’électro-activation à être utilisée comme technologie d’extraction sans utilisation d’acides et de bases et à étudier son potentiel pour l’extraction des protéines à partir de tourteau de canola. Le premier objectif consistait à étudier l'effet du pH, de la concentration du tourteau de canola et de sel sur le taux d'extraction des protéines par la méthode d’extraction conventionnelle. Il en est ressorti que seul le pH a un effet significatif sur le taux d’extraction. Cette étude a servi de témoin pour la comparaison avec l’extraction par la technologie de l’électro-activation en solution. Le deuxième objectif visait à étudier les propriétés alcalines des solutions électro-activées (SEA) en fonction du type de configuration du réacteur d’électro-activation, l'intensité du courant électrique, la concentration du sel ajouté et le temps d’électro-activation (de traitement). Les résultats obtenus ont montré que toutes les solutions électro-activées après 10 minutes ont toutes été caractérisées par un pH très alcalin (pH > 10), mais leur alcalinité titrable a varié de manière significative en fonction du temps d’électro-activation et de l'intensité du courant appliqué (les facteurs les plus importants), ainsi que de la concentration du sel et du type de configuration. Cette étude a montré qu'en modifiant les paramètres d’électro-activation, il était possible de moduler les propriétés alcalines des solutions aqueuses électro-activées pour une éventuelle utilisation comme conditions optimales pour l'extraction des protéines à partir de tourteau de canola. Le troisième objectif consistait à évaluer et comprendre l’effet de l’électro-activation sur le taux d'extraction des protéines du tourteau de canola et leurs propriétés physico-chimiques. Dans cette optique, les solutions électro-activées (SEA) optimisées et une solution de NaOH (témoin) ont été utilisées. Les résultats obtenus ont montré que le taux d'extraction était plus élevé avec l’utilisation des SEA. De plus, les résultats obtenus par l’analyse SDS-PAGE indiquaient que les protéines extraites par les SEA ont été nettement moins dénaturées comparées à celles extraites avec du NaOH. L’analyse par FTIR a révélé la présence de pics plus étroits, témoignant de la structure native secondaires des protéines extraites par électro-activation. Le quatrième objectif visait l’étude des propriétés fonctionnelles des protéines de canola extraites par électro-activation et leur comparaison avec les propriétés de protéines extraites par la méthode conventionnelle avec du NaOH. Les résultats obtenus ont montré des améliorations dans les propriétés de surface telles que l'émulsification et la taille des particules pour les protéines extraites par des SEA. En outre, les protéines extraites par électro-activation étaient plus efficaces pour abaisser la tension de surface liée à leur taux de flexibilité et taux d'adsorption plus élevé. Le cinquième objectif a fait l’objet d’une étude dans laquelle les protéines extraites par électro-activation sous forme de concentrés et d'isolats ont été ajoutées à une formulation de biscuits sans gluten afin d'étudier leur comportement dans une réelle matrice alimentaire. La formulation de biscuits sans gluten est à base d’une combinaison de farine de sarrasin biologique cultivé au Québec et de farine de riz. Les résultats obtenus ont permis de démontrer la pertinence d’ajouter des protéines de canola dans ce genre de produit. En effet, par rapport à une farine sans gluten seule, l'ajout des protéines de canola a nettement amélioré la texture des biscuits, la valeur nutritionnelle et l’acceptabilité générale du produit, ce qui a était soutenu par une évaluation sensorielle. Finalement et compte tenu des résultats obtenus à chacune des étapes ce projet de doctorat, il est possible de conclure que les solutions aqueuses électro-activées (SEA) sont des agents d'extraction puissants qui offrent des perspectives prometteuses pour l'extraction de protéines de canola et pourraient être appliquées à d'autres tourteaux oléagineux. En plus, leur utilisation comme substitut d’agents chimiques d’extraction en fait la preuve de l’adéquation totale avec les concepts du développement durable. / Canola meal is an alternative source of valuable proteins which can be valorized for human consumption. However, conventional extraction which implies the use of chemical alkali and acids has a serious impact on their quality and functionality. In addition, today’s trend towards “eco-friendly” technologies urges scientists to look for alternative methods of protein extraction. A novel technology of electro-activation (EA) has been reported to produce solutions with high extraction potential by subjecting dilute salt solutions to the energy of external electric field. Therefore the aim of the work was to study the efficiency of electro-activated solutions for protein extraction from canola meal as a “green” emerging approach. The first objective was to find the optimal conditions for higher extractability from canola meal by studying the effects of pH, meal to solvent ratio, and salt concentration. It was found that pH of the extracting medium had the most significant effect on protein extractability. This study served as a reference template for further comparison with extraction by electro-activated solutions (EAS). Second objective aimed to study the properties of electro-activated solutions depending on the type of configuration, current intensity, salt concentration, and the time of treatment. All the solutions after 10 min treatment were characterized by highly alkaline pH (> 10) gradually attaining pH ~12, yet their titratable alkalinity differed significantly depending on the time and the current intensity as the most important factors as well as on the salt concentration and cell configuration. However, most importantly, it was shown that by changing the parameters of electro-activation, optimal conditions for proteins extraction can be modulated. Third objective focused on protein extraction from canola meal. Electro-activated solutions optimized in the second objective were compared to chemical base in terms of protein extractability, and their effect on the physico-chemical properties and secondary structure. The results showed comparably higher extractability rates for electro-activated solutions as well as less damaged proteins as was reflected in the FTIR spectra and SDS-PAGE analyses. The fourth objective was to study the proteins` functionality, which showed certain improvements in surface related properties such as emulsion activity index and droplet size for proteins extracted by electro-activated solutions. Also they were more efficient in lowering the surface tension which pointed at their higher flexibility and adsorption rate. Finally, for the fifth objective the extracted proteins in the form of concentrates and isolates were added to gluten-free biscuit formulation in order to investigate their behavior in a real food matrix. In comparison with gluten free flour blend consisting of the mixture of rice and buckwheat flours, the addition of canola proteins markedly improved the texture of biscuits, their nutritional value, and general acceptance which was supported by sensorial test. Considering the results obtained at each of the stages it is possible to conclude that electro-activated solutions are powerful extracting agents providing promising perspectives for the extraction of proteins from canola and other oilseeds. Moreover their utilization will allow to eliminate the use of chemical bases for the extraction step which well corresponds to the aims stated by the concept of sustainable development.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / La viande et les produits dérivés sont très importants pour une alimentation équilibrée. L'abondance de protéines, de minéraux, de vitamines et d'une multitude de micronutriments de haute qualité dans la viande en a fait une source alimentaire de choix. Étant donné que les produits carnés, dérivés de la viande, sont plus abordables, plus attrayants, facile à utiliser et possédant une durée de conservation plus longue, une partie de la demande des consommateurs en viande a été remplacée par ces produits dans la société moderne. Cependant, malgré tous les avantages nutritionnels et pratiques, en raison du profil lipidique du gras animal présent dans les produits carnés, la consommation excessive de viande ou de produits carnés entraîne des risques élevés pour la santé tels que les maladies cardiovasculaires, le diabète de type 2 et certains cancers. Il est donc nécessaire de réduire ou d'éliminer ces composés nocifs pour rendre les produits carnés plus sains. Parmi toutes les méthodes de production de substituts de gras animal, l'utilisation d'huiles végétales saines et riches en acides gras insaturés constitue une stratégie efficace et potentiellement prometteuse sur le plan technologique et santé. Cependant, l'ajout direct d'huile végétale dans une formulation de produits carnés comme les charcuteries de type émulsion affecte négativement les attributs technologiques et sensoriels de ces produits, ce qui entraîne une durée de conservation plus courte en raison d'une oxydation plus élevée des lipides. En plus, sur le plan organoleptique, l'utilisation directe d'huiles végétales dans la formulation de produits carnés est loin de satisfaire les exigences des consommateurs. Ainsi, pour surmonter ce défi technologique et sensoriel, l'une des stratégies les plus prometteuses pour résoudre ce problème consiste à ajouter de l'huile sous une forme solidifiée de type émulsion gélifiée. C'est dans cette optique d'idée que le présent projet de doctorat a été réalisé. L'objectif de la première partie de cette étude consistait à structurer, sous une forme solide, l'huile de canola à l'aide de différents microgels à base de protéines de canola et de quatre différents types d'hydrocolloïdes; à savoir la gomme xanthane, l'agar, la gélatine et la pectine. Le but était de formuler cette huile de canola sous forme d'émulsions de Pickering et d'étudier leurs propriétés techno-fonctionnelles pour une éventuelle utilisation en tant que substituts potentiels du gras animal dans des produits carnés de type émulsion. Les résultats obtenus ont montré que les hydrocolloïdes utilisés, à l'exception de la pectine, a permis d'atteindre une durée de stabilité des émulsions de Pickering jusqu'à 40 jours. Selon les analyses microscopiques et granulométriques, les émulsions de Pickering produites avec de la gomme xanthane présentaient la plus petite taille de particules. Les mesures rhéologiques ont montré que le xanthane, l'agar et la gélatine augmentaient l'élasticité, l'état solide et visqueux de l'émulsion. En plus, ces échantillons étaient caractérisés par une claire apparence chromatique blanc-crème. Selon les résultats obtenus, ces systèmes viscoélastiques stables pourraient potentiellement être utilisés comme substituts du gras animal dans le développement de nouveaux produits alimentaires sains et faibles en acides gras saturés. La deuxième partie de ce projet de doctorat visait à remplacer le gras animal dans la viande transformée de type émulsion (de type *Bologna* en anglais). En raison de ses propriétés techno-fonctionnelles et de son potentiel de substitution de gras animal, l'émulsion de Pickering à base de protéines de canola et de gomme xanthane a été choisie. Par conséquent, dans la formulation du produit carné étudié, la teneur en gras animal a été remplacée (substituée) par l'émulsion Pickering à des niveaux de 0, 25, 50, 75 et 100 %. Le remplacement du gras animal par l'émulsion de Pickering dans les formulations d'émulsion de viande a conduit à une amélioration considérable du profil nutritionnel en termes d'augmentation des protéines totales, des acides gras polyinsaturés (PUFA) et monoinsaturés (MUFA) et de diminution des acides gras saturés (SAFA), ainsi que de la teneur totale en gras. De plus, l'utilisation de l'émulsion Pickering a entraîné une diminution des pertes à la cuisson et de l'oxydation des lipides, comme le démontre la concentration plus faible de malondialdéhyde (MDA) dans les échantillons contenant l'émulsion de Pickering. Ainsi, cette étude ouvre la voie pour un remplacement potentiel du gras animal par une émulsion solidifiée à base d'huile de canola dans des produits carnés et charcuteries de type émulsion. Le phénomène d'oxydation est un facteur clé de la baisse de la qualité des produits carnés. L'industrie de la transformation de la viande utilise principalement des antioxydants synthétiques pour prévenir ou retarder l'oxydation. Cependant, il existe une forte tendance pour des alternatives naturelles et non synthétiques en raison des préoccupations concernant la toxicité et la cancérogénicité qui sont généralement attribuées aux composés synthétiques. Parallèlement, des études récentes réalisées par l'équipe du professeur Mohammed Aider à l'Université Laval ont montré que des solutions électro-activées (EAS) à base d'ascorbate de calcium possèdent de puissantes propriétés antioxydantes et antimicrobiennes. Leur capacité antioxydante supérieure à celle de l'acide ascorbique a également été rapportée dans ces études. Cependant, leur potentiel en tant qu'agent antioxydant dans la formulation d'aliments à base de viandes n'a pas été étudié auparavant. Par conséquent, dans la troisième partie de ce projet de doctorat, les effets de la solution électro-activée à base d'anions ascorbate (EAS) sur différentes propriétés physico-chimiques et techno-fonctionnelles de formulations à base de viande séparée mécaniquement ont été étudiés. L'évaluation a été réalisée sur des échantillons contenant soit du gras animal ou l'émulsion de Pickering comme substitut de gras. En plus, étant donné que les résultats de la partie précédente de cette étude ont montré que les systèmes de viande fabriqués avec une substitution du gras animal ≤ 50 % présentaient des propriétés texturales les plus similaires à celles du témoin, le niveau de substitution du gras animal de 50 % a été sélectionné pour être utilisé dans les formulations du présent volet de ce projet. La solution électro-activée a été utilisée comme remplacement partiel ou total de l'eau (remplacement de 0 à 100 %) qui est utilisée dans la préparation de la formulation crue. L'ajout de la solution électro-activée a eu un effet semblable sur tous les échantillons, a augmenté la capacité antioxydante totale et a légèrement diminué le pH. En plus, l'utilisation de la solution électro-activée comme agent antioxydant a permis de diminuer de façon hautement significative les nitrites résiduels, indépendamment de la présence du gras animal ou de son substitut. Ainsi, quelle que soit la teneur en matière grasse, tous les échantillons présentaient une diminution significative (P < 0,05) de la teneur en dérivés carbonylés (témoin de l'oxydation des protéines) après 21 jours d'entreposage réfrigéré à 4 °C. Concernant l'oxydation des acides gras, contrairement aux échantillons contenant des émulsions de Pickering, l'ajout de la solution électro-activée dans la formulation témoin à base de gras animal n'a pas eu d'effet inhibiteur significatif sur l'oxydation du gras et la concentration de malondialdéhyde (MDA) a montré une tendance ascendante après 3 semaines d'entreposage. Cependant, dans les échantillons contenant l'émulsion de Pickering, l'utilisation de la solution électro-activée dans la formulation a eu un effet antioxydant hautement significatif contre l'oxydation du gras au cours de la même période d'entreposage. Des changements significatifs dans la différence de couleur totale n'ont été observés qu'en cas de remplacement total de l'eau. L'ajout de la solution électro-activée à la formulation a amélioré la fermeté et la masticabilité du produit final contenant du gras animal (produit témoin), indiquant un effet positif sur le plan sensoriel. Finalement, cette thèse de doctorat a permis de réaliser une avancée significative des connaissances sur la substitution du gras animal par une huile végétale solidifiée sous forme d'une émulsion de Pickering et a généré des résultats qui pourraient être utilisés pour la formulation de substitut du gras animal dans les produits carnés transformés avec un potentiel d'amélioration de leurs propriétés nutritionnelles et technologiques. En plus, ce projet a permis de démontrer que la solution électro-activée à base d'anions ascorbate pourrait trouver une application en tant qu'agent antioxydant dans les à base de viande transformée. Également, les résultats obtenus pourraient être utilisés pour une meilleure satisfaction des préférences nutritionnelles des consommateurs en faveur d'une alimentation plus saine. Ces résultats pourraient également être utiles pour d'autres études et applications dans à une large gamme de produits alimentaires nécessitant l'utilisation du gras animal. / The abundance of high-quality proteins, minerals, vitamins, and micronutrients in meat has made it a valuable food source. Since meat products are more affordable and appealing with longer shelf-life, part of the consumers' demand for meat has been replaced by them in modern society. Despite all these benefits, due to the lipid profile of animal fat present in meat products, the excess consumption of either meat or meat-derived products leads to health risks such as cardiovascular disease, type 2 diabetes mellitus, and some cancers. Thus, it is necessary to reduce or eliminate these harmful compounds to make meat and meat-derived products healthier. Amongst all the methods for production of animal fat replacers, the addition of healthy oils rich in unsaturated fatty acid is targeted as a promising and effective strategy. However, direct addition of vegetable oil negatively affects the technological and sensory attributes of meat products, resulting in shorter shelf life due to higher lipid oxidation. One of the promising strategies to overcome this problem consists of adding vegetable oil in form of semi-solid emulsion like an emulsion gel, which is related to the first part of this study. Thus, the first objective of this project was aimed to structure canola oil by using canola protein microgel in combination with four hydrocolloids (xanthan, agar, gelatin, and pectin) in the form of Pickering emulsions and to investigate their properties with a targeted objective of using them as potential animal fat replacers. The addition of the selected hydrocolloids, except for pectin, extended the stability period from 1 day to 40 days. According to the electron microscopic and particle size analyses, Pickering emulsions stabilized with xanthan gum had the smallest particle size. Rheological measurements showed that xanthan gum, agar, and gelatin increased the elasticity, solid-like, and viscose behavior of the obtained Pickering emulsions and represented samples with a light, creamy-white color appearance. According to the obtained results, these stable viscoelastic systems might find potential to be employed as animal fat replacers in developing novel healthy low-fat foods such as processed meat products. The second part of this study was aimed to study the feasibility of replacing animal fat in processed meat by a Pickering emulsion made with an appropriate mixture of canola oil, canola proteins and xanthan gum. Due to its potential, Pickering emulsion made by xanthan was chosen from the obtained results of the first objective. Therefore, 0, 25, 50, 75, and 100% animal fat content in the formulation were replaced by the selected Pickering emulsion. Replacing animal fat with Pickering emulsion into meat emulsion formulations led to considerable improvement of nutritional profile in terms of increasing total proteins, polyunsaturated (PUFA) and monounsaturated (MUFA) fatty acids and decreasing saturated (SAFA) fatty acids and total solid fat content. Furthermore, the application of Pickering emulsion led to a decrease in cooking loss and lipid oxidation, as demonstrated by the lower MDA concentration in samples prepared with the Pickering emulsion. Thus, this study provided a proof of the concept on the feasibility of using a vegetable Pickering emulsion as a potential replacer of animal fat in processed meat systems. The oxidation phenomenon is a key factor in the decline of quality in meat products. The meat industry primarily utilizes synthetic antioxidants to prevent or delay fat oxidation. However, there is a strong desire for natural and non-synthetic alternatives due to concerns about toxicity and carcinogenicity commonly attributed to synthetic compounds. Meanwhile, electro-activated calcium ascorbate solutions (EAS) have shown desirable antioxidant properties. Their higher antioxidant capacity compared to ascorbic acid has also been reported before. However, their potential as an antioxidant agent in foods and especially in meat formulations have not been studied before. Therefore, in the third part of this study, the effects of EAS solution on the properties of processed meat batters were investigated. The investigation was done on samples with either fat or fat replacer in a form of a Pickering emulsion. Since the results from the previous part of this project indicated that meat systems with animal fat substitution up to ≤ 50% showed the most similar textural properties to the control, the best highest ratio (50%) of animal fat replacement was selected to be used in the formulations. EAS was introduced as partial/total replacement of water (0-100% replacement). The obtained results showed that EAS addition had a consistent effect on all samples, increasing total antioxidant capacity and slightly decreasing pH and residual nitrite, regardless of having animal fat or fat replacer. Regardless of fat content, all samples displayed a significant decrease (*P ≤ 0.05*) in carbonyl content, a marker of protein oxidation, after 21 days cold storage at 4 °C. Regarding fat oxidation, unlike the samples with Pickering emulsions, the addition of EAS didn't have significant inhibitory effect in samples with fat and MDA concentration showed ascending trend after 3 weeks. In samples with Pickering emulsions, addition of EAS showed antioxidant effect against fat oxidation in the same period. Significant changes in total color difference (𝛥𝐸) were only observed when total water replacement was used. EAS addition enhanced firmness and chewability in samples containing animal fat but did not have a notable effect on samples with Pickering Emulsion. In conclusion, this thesis has generated original knowledge and findings on using new fat replacer formulation in processed meat products with the potential for improving their nutritional and technological properties, as well as introducing non-synthetic antioxidant sources in processed meat systems. The results bring us closer to meeting consumer preferences for a healthier diet. Our findings can also be helpful for further studies on adding these components to a wide range of food products.

Titre de l'écran-titre (visionné le 7 août 2023) / La hernie des crucifères causée par le parasite intracellulaire obligatoire Plasmodiophora brassicae est l'une des maladies les plus dévastatrices affectant l'industrie du canola (Brassica napus) dans le monde entier. Actuellement, l'utilisation de cultivars résistants à la hernie des crucifères est la stratégie la plus efficace pour enrayer la propagation et les pertes économiques liées à la maladie. Cependant, certains isolats de P. brassicae ont réussi à contourner la résistance. De plus, la classification des isolats de P. brassicae en fonction de leur capacité à infecter certains hôtes demeure un défi pour l'industrie. Bien que plusieurs systèmes de classification différentielle aient été développés, leur mise en œuvre s'est avérée difficile, laborieuse, coûteuse et difficilement reproductible en raison du biais associé à l'utilisateur. Les principaux objectifs de ce projet étaient de développer un système de phénotypage en culture hydroponique pour caractériser les isolats monosporés de P. brassicae et d'identifier des mesures quantitatives reproductibles pour calculer avec précision l'intensité de la maladie. D'après les résultats, le système de phénotypage développé offre une option fiable, moins coûteuse et reproductible. Il contribuera également à la sélection de nouveaux cultivars de canola résistants à la hernie des crucifères et à l'identification des gènes d'avirulence de P. brassicae qui pourraient déclencher la résistance et qui sont restés très difficiles à identifier jusqu'à présent. / Clubroot, caused by the obligate intracellular parasite Plasmodiophora brassicae, is one of the most devastating diseases affecting the canola industry worldwide. Currently, the use of clubroot-resistant cultivars is the most effective strategy to stop the spreading and the economic losses linked to the disease. However, virulent P. brassicae isolates have been able to break down the resistance and the options to manage the disease are getting very limited. Another challenge for the industry has been the classification of P. brassicae isolates based on their ability to infect certain plant genotypes, and although several differential classification sets have been developed, their implementation has proven to be difficult, laborious, expensive, and hardly reproducible due to user-associated bias. The main objectives of this project were to develop a hydroponic-based phenotyping system to characterize P. brassicae single spore isolates and to identify reproducible quantitative methods to accurately calculate the disease severity level. According to the results, the bioassay developed offers a reliable, less expensive, and reproducible option. This bioassay will also contribute to breeding new clubroot-resistant canola cultivars and the identification of P. brassicae avirulence genes that could be triggering the resistance and have been very elusive to date.

L'objectif de cette maîtrise était de développer une méthode qui permettra de trouver une formule de blanchiment efficace du tourteau de canola. Dans ce souci d'optimisation, la méthodologie basée sur les surfaces de réponse (MRS) a été utilisée pour déterminer le pH, les concentrations de tourteau de canola (CM) et de peroxyde d'hydrogène (HP) optimums qui procurent le meilleur profil chromatique au produit. La démarche expérimentale consistait à trouver les conditions optimales pour blanchir le tourteau. Nous avons trouvé les réponses suivantes: L*=83,46; a*=-3,66; b*=17,18; BI=18,05, grâce à la combinaison : pH=10, HP=10 (v/v) et CM = 2,65 (p/v). La MSR nous a également permis de trouver une formule de blanchiment qui donne un profil chromatique identique à celui des farines de blé entier pâtissière et tamisée, d'avoine et de seigle. L’autre objectif était d’examiner les conditions d’extraction des isolats de protéines des tourteaux de canola blanchis (ITB) et non blanchis (ITNB) et d’étudier leurs propriétés fonctionnelles; à savoir le pouvoir moussant et émulsifiant qui sont très importants dans des applications alimentaires. L'étude de fonctionnalité des protéines du tourteau blanchi en présence et en absence de sel et leur comparaison avec les protéines du tourteau non blanchi dans les mêmes conditions ont démontré que les ITB ont de bonnes propriétés moussantes et émulsifiantes. Les capacités émulsifiantes des ITB avec ou sans sel sont respectivement 65,22 et 63,83% et restent supérieures à celles des ITNB (50%); les stabilités des émulsions suivent aussi la même tendance. La capacité moussante et la stabilité des mousses des ITNB avec ou sans sel sont inférieures à celles des ITB avec et sans sel. Les résultats ont montré la bonne capacité de l'ITB à former une émulsion et une mousse en présence de sel. Le blanchiment optimal a eu un impact positif sur l'extractabilité de la matière sèche totale et les propriétés fonctionnelles des isolats. / The objective of this research study was to develop a method to find a formula for effective bleaching of canola meal. Optimization methodology based on response surfaces (MRS) was used to determine the pH, the concentrations of meal (CM), and hydrogen peroxide (HP) which provide the optimum color profile. The experimental approach was to find the optimum conditions for bleaching canola meal. We found the following parameters: L * = 83.46, a * = -3.66, b * = 17.18, BI = 18.05, with the combination of pH = 10, HP = 10 (v/v) and CM = 2.6515 (p / v). MSR also allowed finding a formula which gives a bleaching color profile identical to whole wheat pastry and sifted flour, oats and rye. The other objective was to analyse/investigate the extraction conditions of protein isolates bleached canola meal (ITB) and unbleached (ITNB) and study their functional properties. The study of protein functionality meal bleached in the presence and absence of salt and their comparison with the unbleached protein meal under the same conditions showed that the ITB have good foaming and emulsifying properties. Emulsifying capacities of ITB with or without salt are 65.22 and 63.83%, respectively, and remain higher than those of ITNB ( 50%); the stabilities of emulsions also follow the same trend. The foaming capacity and foam stability of ITNB with or without salt are lower than those of ITB with and without salt. The results showed good ability of ITB to form an emulsion and foam in the presence of salt. The optimal bleaching had a positive impact on the extractability of dry matter as well as the functional properties of the isolates.

Le tourteau de canola est un complément protéique de plus en plus utilisé dans les rations des vaches laitières. La substitution d'un complément protéique par du tourteau de canola a un effet positif sur la production laitière ainsi que sur la quantité de protéines produites. Cette réponse positive au niveau de la production laitière est observée, et ce, même si le NRC (2001) prédit une diminution de l'apport en protéines métabolisables lorsque le tourteau de canola remplace du tourteau de soya dans les rations des vaches laitières. Cela pourrait être dû à une sous-estimation de l'apport en protéines métabolisables par les modèles, comme le NRC (2001), lorsque le tourteau de canola est utilisé. Le projet avait comme objectif d'évaluer la cinétique de l'azote au rumen du tourteau de canola et d'évaluer l'apport en protéines métabolisables. Les objectifs spécifiques de l'étude étaient de (1) déterminer la contribution en azote soluble et en petites particules non dégradées du tourteau de canola et du tourteau de soya au flux de protéines au duodénum ; de (2) mesurer les flux de bactéries au duodénum à partir des deux suppléments ; et de (3) mieux comprendre la contribution en petites particules du tourteau de canola. Pour ce faire, quatre vaches munies de canules ruminale et duodénale ont été utilisées selon un plan croisé avec des rations soit à base de tourteau de canola, soit de tourteau de soya. De plus, du tourteau de canola et du tourteau de soya marqué au ¹⁵N ont été administrés sous forme de dose unique pendant l'expérience. Les résultats ont montré que la proportion de bactéries associées à la phase liquide dans le digesta duodénal était supérieure pour le tourteau de canola que pour le tourteau de soya, puis l'inverse a été observé pour les bactéries associées aux particules. Lorsque ces résultats sont combinés avec les flux de matière sèche qui atteignent le duodénum, les flux totaux de bactéries arrivant au duodénum ne sont pas les mêmes pour les deux suppléments protéiques. L'étude des aires sous la courbe qui ont été obtenues à partir des excès en ¹⁵N en fonction du temps a démontré que pour la fraction associée aux petites particules, la fraction des bactéries associées aux particules et la fraction des bactéries associées à la phase liquide, les aires sous la courbe estimées avec le modèle non linéaire étaient supérieures pour les rations contenant du tourteau de canola. Ceci renforce donc notre hypothèse selon laquelle la réponse positive du tourteau de canola serait associée davantage à la fraction de l'azote soluble et aux petites particules contenant de l'azote du tourteau de canola. / Canola meal is a protein supplement increasingly used in dairy cows diets. Substituting a protein supplement with canola meal has a positive effect on milk production as well as on the amount of protein produced. This positive response on milk production occurs even though the NRC (2001) predicts a reduction in metabolizable protein intake when canola meal replaces soybean meal in dairy cows rations. This could be due to an underestimation of metabolizable protein supply by models, such as the NRC (2001), when canola meal is used. The objective of the project was therefore to evaluate the kinetics of nitrogen in the rumen of a ration containing canola meal and to determine the consequences on the supply of metabolizable proteins. The specific objectives of the study were to (1) determine the contribution of soluble nitrogen and small undegraded particles from canola meal and soybean meal to protein flow to the duodenum; to (2) measure the flow of bacteria to the duodenum from the two supplements; and (3) to have a better understanding of the contribution of small particles from canola meal. Four cows fitted with a ruminal and a duodenal cannula were used in a cross-over design with diets including canola meal or soybean meal. Also, canola and soybean labeled with ¹⁵N were given as single-pulse doses during the experiment. The results have shown that the proportion of fluid-associated bacteria in the duodenal digesta was higher when cows were fed canola meal than soybean meal. The opposite was observed for the particle-associated bacteria. When these results are combined with the flow of dry matter reaching the duodenum, the total flow of bacteria arriving at the duodenum was not the same for the two protein supplements. The study of the areas under the curve, which were obtained from the ¹⁵N excesses as a function of time, demonstrated that for the fraction associated with small particles as well as for the fraction of particles-associated bacteria and the fraction of fluid-associated bacteria, areas under the curve estimated with the nonlinear model were greater for diets containing canola meal. This reinforces our hypothesis that the positive response of canola meal would be associated more with the soluble fraction of nitrogen and small particles of canola meal.