Chickpea (Cicer arietinum L.) and oat (Avena sativa L.) seeds are important sources of protein ingredients with potential nutritional, functional and bioactive properties. Protein fractions were prepared from chickpea and oat using sequential extractions with distilled water (albumins), NaCl solution (globulins) and NaOH solution (glutelins), respectively. Molecular characteristics of individual protein fractions were investigated using polyacrylamide gel electrophoresis (Native- and SDS-PAGE, and 2-DGE) in combination with reversed-phase high performance liquid chromatography (RP-HPLC). Tryptic peptide sequences were identified using proteomic techniques including 1D trypsin in-gel digestion, liquid chromatography electrospray ionization tandem mass spectrometry (LC-ESI-MS/MS) analysis and Mascot MS/MS ion search. Sequence similarity and potential bioactivity of proteins were examined using BLAST and BIOPEP analysis, respectively. Native-PAGE results showed chickpea and oat globulin fractions (C-Gb and O-Gb) contained proteins corresponding to legumin (11S) and avenalin (12S), respectively. SDS-PAGE revealed that chickpea albumin and globulin fractions (C-Ab and C-Gb) showed protein bands with MWs related to legumin (11S) and pea vicilin (7S) while chickpea glutelin fraction (C-Gt) showed protein bands with MWs related to rice glutelin; oat protein fractions (O-Ab, O-Gb and O-Gt) showed protein bands with MWs related to oat 12S globulin (avenalin). α- and β-subunits of globulin and glutelin fractions from chickpea and oat were identified with estimated MWs ranging from 31 to 45 kDa and from 21 to 31 kDa, respectively. In vitro chickpea albumin, globulin and glutelin hydrolysates showed DH of 22.8%, 28.6% and 28.8%, respectively; SDS-PAGE revealed that legumin α- and β-subunits from chickpea globulin fraction (C-Gb) were hydrolyzed. The identified tryptic peptides from chickpea and oat protein fractions showed sequence homology that corresponded to chickpea l / Les semences du pois chiche (Cicer arietinum L.) et de l'avoine (Avena sativa L.) sont d'importantes sources d'ingrédients protéiques dont les propriétés nutritionnelles, fonctionnelles et bioactives démontrent un grand potentiel. Les fractions protéiques ont été préparées à partir du pois chiche et de l'avoine par extraction séquentielle avec de l'eau distillée (albumine), une solution de NaCl (globuline) et une solution de NaOH (glutelines), respectivement. Les caractéristiques moléculaires des fractions de protéines individuelles ont été examinées par électrophorèse en gel de polyacrylamide (non dénaturante et SDS-PAGE, et 2-DGE) en combinaison avec la chromatographie en phase liquide à haute performance en phase inversée. Les séquences de peptides tryptiques ont été identifiées par des techniques protéomiques telles que la digestion de trypsine en gel unidimensionnelle, l'analyse chromatographique en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem avec ionisation de type électrospray (LC-ESI-MS/MS), et la recherche d'ions MS/MS (Mascot). Les similarités séquentielles et la bioactivité potentielle des protéines ont été examinées sous analyse par BLAST et BIOPEP, respectivement. Les résultats de l'électrophorèse non dénaturante en gel de polyacrylamide démontrent que les fractions de globulines du pois chiche et d'avoine (C-Gb et O-Gb) contiennent des protéines correspondant aux légumines (11S) et avenaline (12S), respectivement. La SDS-PAGE révèle que les fractions d'albumine et de globuline de pois chiche (C-Ab et C-Gb) montrent des bandes protéiques ayant des poids moléculaires reliés à la légumine (11S) et le viciline de pois (7S) alors que la fraction de glutéline de pois chiche (C-Gt) montre des bandes protéiques avec des poids moléculaires reliés à la glutéline de riz; les fractions protéiques d'avoine (O-Ab, O-Gb et O-Gt) montrent de bandes protéiques avec des poids moléculaire

Potato processing by industries generates large volumes of potato peels which are a low-value by-product. They have been shown to contain significant levels of phenolic antioxidants with high antioxidant capacity. In the present study, effect of microwave-assisted extraction (MAE) on recovery of phenolic compounds from potato peels was investigated. Operational parameters of MAE were optimized using response surface methodology individually based on total phenolics, ascorbic acid, chlorogenic acid, caffeic acid, ferulic acid, DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) radical scavenging activity. The independent extraction parameters for MAE such as extraction time, solvent concentration and microwave-power level were evaluated using a central composite design to access their effects and interactions on the extraction of phenolics from potato peels. Optimal predicted contents for total phenolics [3.94 mg g-1 dry weight (DW)] was obtained with a solvent concentration of 67.3% (v/v), an extraction time of 15 min and a microwave power level of 14.7% (102 W). Maximum ascorbic acid (1.44 mg g-1 DW), caffeic acid (1.33 mg g-1 DW) and ferulic acid (0.50 mg g-1 DW) contents were obtained with a solvent concentration of 100% (v/v), extraction time of 15 min, and power level of 10% (63W), while the maximum chlorogenic acid content (1.35 mg g-1DW) was obtained at a solvent concentration of 100% (v/v), an extraction time of 5 min, and a power level of 10% (63W). The radical scavenging activity of the extract was evaluated by using 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) and optimum antioxidant activity (74%) was obtained at a solvent concentration of 100% (v/v), an extraction time of 5 min, and a power level of 10% (63W). MAE was able to extract higher level of antioxidants compared to traditional methods of extraction in less time and with lower solvent consumption. In the second part of the study effect of dielectric properties of solvent-water mixture used in MAE on extraction o / Le grand volume de pelures de pomme de terre issues de la transformation des pommes de terre par l'industrie alimentaire, représente un sous-produit de faible valeur. Cependant, ces pelures contiennent une importante quantité de composés phénoliques à haute activité antioxydante. Lors de la présente étude, l'effet d'une extraction assistée par micro-ondes (EAM) sur la récupération de composés phénoliques des pelures de pomme de terre fut étudié. Les paramètres opérationnels de l'EAM furent optimisés par une méthode de surface réponse pour les phénoliques totaux, l'acide ascorbique, l'acide chlorogénique, l'acide caféique, l'acide férulique, ainsi que l'activité d'intercepteur radical évalué avec DPPH [hydrazyle(diphényl picryl)]. L'importance des paramètres de transformation de la EAM, tels la durée d'extraction, la concentration du solvant (méthanol), et le niveau de puissance des micro-ondes, sur l'extraction de composés phénoliques des pelures de pomme de terre, fut évaluée grâce à un plan central composé. Un contenu optimal en composés phénoliques totaux [3.94 mg g-1 poids sec (p.s.)] fut obtenu avec une concentration du solvant de 67.3% (v/v), une durée d'extraction de 15 min et un niveau de puissance des micro-ondes de 14.7% (102 W). Les niveaux maximum d'acide ascorbique acid (1.44 mg g-1 p.s.), d'acide caféique acid (1.33 mg g-1 p.s) et d'acide férulique furent obtenus avec une concentration du solvant de 100% (v/v), une durée d'extraction de 15 min et un niveau de puissance des micro-ondes de 10% (63W), tandis que le niveau maximum d'acide chlorogénique (1.35 mg g-1 p.s.) fut obtenu avec une concentration du solvant de 100% (v/v), une durée d'extraction de 5 min et un niveau de puissance des micro-ondes de 10% (63 W). L'activité d'intercepteur radical de l'extrait fut évalue avec un dosage par DPPH, et atteignit un maximum de 74% pour une concentration du solvant de 100% (v/v), une durée d'extraction de 5$

This research was focused on the evaluation of diffusion phenomenon in selected vegetables for the purpose of acidification and salting in order to aid in acidification thermal processing and ohmic heating applications, respectively. Acidification helps to carryout thermal processing of low acid foods at lower temperatures and hence results in reduced energy costs with improved nutrient retention, while salting helps to accelerate the ohmic heating process. A central composite rotatable design (CCRD) was employed for the design of experiments, using solute concentration (salt or acid), treatment time and solution to particle ratio as process variables. In addition, the effect of high pressure on acid and salt diffusion, and finally de-acidification and desalting techniques were also evaluated.ANOVA and RSM techniques were used for testing the significance of variables and model equations were developed to relate the output to process variables. It was found under conventional processing conditions that acid concentration and time had significant effect (p < 0.05) on acid diffusion, whereas salt diffusion, in addition, was significantly affected by solution to particle ratio. Solute concentration, solution to particle ratio (when significant) and contact time increased the magnitude of component diffusion into the vegetable particle. Numerical optimization was carried out with each process variable within experimental range for identifying suitable conditions to minimize time and concentration of acid and salt. With application of high pressure (200 to 400 MPa) for a short time, the final acid concentration in the sample varied between 0.27 - 0.28 % with pH in the range 3.98 to 3.79. Likewise during salting, the salt concentration achieved varied between 0.19 - 0.31 %. These results suggested that high pressure processing has a good potential in acidification and salting applications, and could possibly be used for infusing nutritional compounds like vitamins and antioxidants to foods which may have low nutrient concentrations. In de-acidification and desalting experiments, the acid concentration decreased from 0.146 - 0.049 % (pH increased from 4.52 to 5.2), and salt concentration decreased from 0.10 - 0.04 % on soaking the samples for 30 min. De-acidification and desalting results indicated that it is possible to remove the excess acid and salt from the food product. / Cette recherche a été dirigée afin d'évaluer le phénomène de diffusion dans les légumes dans le contexte de l'acidification et le salage, deux méthodes qui aident le traitement thermique acidifié et le chauffage ohmique respectivement. L'acidification permet d'effectuer le traitement thermique des aliments peu acides à des températures inférieures et du fait résulte dans la réduction des coûts énergétiques et une meilleure rétention des nutriments. Le salage contribue à l'accélération du processus de chauffage ohmique. Un Central Composite Rotatif Design (CCRD) a été utilisé pour la conception des expériences, en utilisant la concentration du soluté (sel ou acide), le temps de traitement, et le rapport solution/particules comme les variables du processus. De plus, l'effet de traitement à haute pression sur la diffusion d'acide et de sel ainsi que la désacidification et les techniques de dessalement ont été évalués.Les techniques ANOVA et RSM ont été utilisés pour tester l'importance des variables et un modèle mathématique a été mis au point pour relier les résultats aux variables du procédé. Il a été constaté que, sous des conditions de traitements conventionnels, la concentration d'acide et le temps de traitement ont un effet significatif (p < 0.05) sur la diffusion de l'acide, alors que la diffusion de sel a été significativement affectée par le rapport solution/particules. La concentration de soluté, le rapport solution / particules et le temps de contact ont augmenté la magnitude de diffusion des constituants dans les particules végétales. Une optimisation numérique a été réalisée avec chaque variable du processus afin de déterminer les conditions appropriées pour minimiser le temps et la concentration d'acide et de sel. Avec traitement à haute pression (200 à 400 MPa) pour une courte durée, la concentration en acide finale a varié de 0.27 % à 0.28 % avec pH allant de 3.98 à 3.79. De même, durant le salage, la concentration de sel atteinte a variée de 0.19 % à 0.31 %. Ces résultats suggèrent que le traitement à haute pression a un bon potentiel pour l'acidification et l'application de salage, et pourrait éventuellement être utilisé pour introduire des composants nutritionnels comme des vitamines and des antioxydants dans des aliments de faible valeur nutritive. Dans les expériences de de-acidification et de dessalage, la concentration en acide a diminué de 0.146 % à 0.049 % (pH augmenté de 4.52 à 5.2) et la concentration de sel a diminué de 0.10 % à 0.04 % quand les échantillons ont été trempés pour 30 min. Les résultats de désacidification et de dessalement ont indiqué qu'il est possible d'enlever l'excès d'acide et de sel du produit.

Isotope labelling technique in conjunction with pyrolysis Gas Chromatography/Mass Spectrometry (Py-GC/MS) was utilized to conduct an in-depth investigation into the formation of lysine specific products in the Maillard reaction. Following the pyrolysis of the lysine/glucose models including their labelled counterparts for 20s at 250°C and extensive data analysis it was concluded that lysine can generate piperidine, a reactive secondary amine capable of undergoing Maillard type interactions. The formation of piperidine has been postulated to follow two pathways depending on whether lysine pyrolysis is conducted in the presence or absence of sugars. In the presence of glucose, lysine similar to asparagine and phenylalanine can undergo carbonyl-assisted decarboxylative-deamination reaction to generate Nε-pent-4-ene-1-amine, which is the counterpart of acrylamide - a known food toxicant. Nε-pent-4-ene-1-amine has been shown to cyclize into piperidine. Specifically labelled precursors such as [15N-α]lysine.2HCl, [15N-ε]lysine.2HCl, [U-13C6]lysine.2HCl, [13C-6]lysine.2HCl and [U-13C6]glucose were used to confirm the potential adducts of Nε-pent-4-ene-1-amine and piperidine in the model systems which lead to the characterization of two piperidine and one Nε-pent-4-ene-1-amine derivatives. Products simultaneously possessing Nε nitrogen atom and five carbon atoms from lysine (C2' to C6') in addition to either 3 or 6 glucose carbon atoms were targeted for this analysis. The mechanism of formation of the two piperidine derivatives involved the chemical activation of piperidine with formaldehyde followed by aldol addition. The reactivity of piperidine was further demonstrated through detection of various pyridine derivatives postulated to be formed after oxidation reactions. During the course of this study it was also observed that in the presence of lysine, the glucose moiety was converted into 5-hydroxymethyl-furfural (HMF) and 5-methylfurfural (MF). Analyses of HMF/lysine and glucose/lysine models using high resolution TOF-MS/MS and Py-GS/MS have indicated the formation of Schiff base adducts of HMF with Nε-pent-4-ene-1-amine and piperidine, respectively. The latter being a secondary amine was shown to undergo further stabilization through a vinylogous Amadori rearrangement (vAR) process. Reaction models consisting of HMF with primary and secondary amino acids such as glycine and proline, further confirmed the observed trend that primary amines generated Schiff base adducts and secondary amines resulted in the formation of covalent adducts through vAR. In the absence of amino acids, HMF was discovered to form a dimer through a newly proposed mechanism. The subsequent degradation of the HMF dimer was shown to generate MF and 2,5-furandicarboxaldehyde (FDA), important sugar-specific furans. Furthermore, HMF was shown to form glycosidic linkages with glucose and undergo chain elongation reactions. In addition, reaction of lysine with sugars other than glucose was also explored using ribose/lysine models. These models led to the discovery of furfurylamine, a ribose-specific reactive intermediate whose furfuryl-pyrrole derivatives have been detected in a number of different foods as aroma compounds. The furfuryl-pyrroles were also detected in the model systems generating furfurylamine such as ribose/lysine and in various roasted coffee beans. The formation mechanism of furfuryl-pyrroles was postulated to involve a double adduct of furfurylamine with 3-deoxyribose which was characterized using isotope labelling techniques. / La formation des produits dérivés de la lysine lors de la réaction de Maillard est analysée par l'entremise d'une technique utilisant des traceurs isotopique en combinaison avec la pyrolyse couplée à la chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse (Py-CG/SM). En étudiant la pyrolyse de différents modèles de lysine/glucose ainsi que celle de leur traceurs isotopiques pendant 20s à 250°C, il appert que la lysine peut générer de la pipéridine, un aminé secondaire très réactif pouvant aussi participer à des interactions de type Maillard. Deux mécanismes de formation de la pipéridine ont été démontrés, variant selon la présence ou l'absence de sucres lors de la pyrolyse de la lysine. En présence de glucose, tout comme l'asparagine et la phénylalanine, la lysine peut subir une déamination decarboxylative lieé à un groupement carbonyle, afin de générer le Nε-pent-4-en-1-amine, ce produit étant un homologue de l'acrylamide, un élément toxique alimentaire reconnu. Il a été démontré que le produit Nε-pent-4-en-1-amine peut se «cycliser» afin de former la pipéridine. Des précurseurs isotopiquement marqués tels que [15N-α/ε],[U-13C6],[13C-6]lysine.2HCl et [U-13C6]glucose ont été utilisés afin de confirmer les composés d'addition potentiels de Nε-pent-4-en-1-amine et de la pipéridine dans les systèmes modèles permettant la caractérisation de deux dérivés de la pipéridine et un dérivé du Nε-pent-4-en-1-amine. Les produits ciblés lors des analyses possédaient un atome d'azote de type Nε et cinq atomes de carbone provenant de la lysine (C2' à C6') ainsi que 3 ou 6 atomes de carbone provenant du glucose. En bref, le mécanisme de formation des deux dérivés de la pipéridine implique l'activation chimique de la pipéridine avec le formaldéhyde suivi d'une addition de type aldol. La réactivité de la pipéridine fut démontrée davantage lors de la détection de plusieurs dérivés de la pyridine quiont été formés suite à des réactions d'oxydation. De plus, il fut aussi observé au cours de l'étude que la présence de la lysine favorisait la conversion du glucose en 5-hydroxymethylfurfural (HMF) et 5-methylfurfural (MF). Des analyses comparatives de modèles HMF/lysine et glucose/lysine à l'aide d'un TOF-MS/MS à haute résolution et du Py-CG/SM ont indiqué la formation de composés d'addition de base de Schiff du HMF avec le Nε-pent-4-ene-1-amine et la pipéridine. Étant donné que le deuxième composé d'addition est un aminé secondaire, il peut se stabiliser davantage par l'entremise du processus de réarrangement vinylogue d'Amadori (vAR). De plus, la réaction de systèmes modèles combinant le HMF avec des acides aminés primaires et secondaires comme la glycine et la proline confirment qu'il y a une tendance pour que les aminés primaires générant des composés d'addition de base de Schiff et les aminés secondaires mènent à la formation de composés d'addition covalents par le processus de vAR. En l'absence d'acides aminés, cette étude démontre que le HMF forme un dimère par l'entremise d'un nouveau mécanisme proposé. La dégradation subséquente du dimère produit deux furanes spécifiques aux sucres, soit le MF et le 2,5-furandicarboxaldéhyde. Cette étude démontre aussi que le HMF forme des liens glycosidiques avec le glucose et participe à des réactions d'élongation de la chaine. De plus, la réactions de la lysine avec de ribose ont permis de faire la découverte du furfurylamine, un intermédiaire réactif spécifique au ribose produisant plusieurs dérivés de furfurylpyrrole qui ont été détectés en tant que composés aromatiques dans plusieurs aliments. Dans les systèmes modèles produisant du furfurylamine, ces furfurylpyrroles furent aussi détectés tout comme dans des grains de café rôtis. Le mécanisme de formation des furfurylpyrroles proposé implique un double composé d'addition du furfurylamine avec le 3-deoxyribose qui fut caractérisé à l'aide de marqueurs isotopiques.

Pulses, the low-fat dried seeds of legumes, including peas, chickpeas, lentils, beans and lupins, have received increased attention due to their numerous health-promoting benefits. Significant opportunities exist for using whole pulses as well as their fractions in a variety of innovative value-added food products. Salad dressings, which are important oil-in-water emulsions, account for a large part of the semi-solid foods market and are widely consumed in North America and in many other countries. The development of salad dressings supplemented with pulse flours and pulse fractions represents a novel avenue of study with great potential for improving the techno-functional and nutritional quality of salad dressing products by enhancing protein, fibre, vitamin and mineral content and, in some cases, promoting amino acid complementation.Salad dressing emulsions supplemented with raw and thermally treated pulse flours were developed. The effect of pulse addition on the dressing formulations was studied by comparing the physical properties of dressings prepared with or without supplementation. The results showed that lentil flours have considerable potential for use as an ingredient in salad dressings. The rheological parameters were significantly increased, pointing to a thickening effect associated with pulse flour supplementation. Pre-boiling of pulse flours further increased the thickening effect, giving the highest rheological properties observed. The relationship between the physical properties and structural characteristics was explored by comparing the rheological behaviour and the scanning electron microscope observations. The results of the quantitative descriptive analysis (evaluation of firmness) were consistent with the rheological data. All the dressings maintained acceptable stability over 28 days of storage. With respect to dressing appearance, lentil supplementation significantly increased the yellowness hue and the total colour intensity of the dressing samples. The effects of reducing the fat and cholesterol (egg yolk) contents of the supplemented dressings, as well as increasing the amount of pulse flour added, upon the color and rheological properties were investigated by using a central composite design and response surface methodology. The results showed that changes in the main ingredients had a large effect on the responses observed. The scanning electron microscope results indicated that the dressings with lower oil and egg yolk contents had a less densely packed network and looser aggregated droplets. This finding was in good agreement with the observed response surface plots of the rheological parameters. Consumer sensory tests on showed that the dressings supplemented with whole green lentil flour, low concentrations of yellow pea flour, and chickpea flour with high oil content hold promise for commercial applications. The results should prove useful in selecting the most suitable ingredients for the production of supplemented salad dressings. Additionally, pulse protein fractions derived from green lentil, yellow pea and Desi chickpea were used in the preparation of pulse-supplemented dressings. The response surface plots showed that an increase in oil and emulsifier (pulse protein or egg yolk) concentration led to a linear or non-linear increase in the rheological and textural properties. Response surface methodology was used to optimize the salad dressing formulations based on selected response (dependent) variables. The validation test confirmed the overall adequacy of this modelling approach for predicting the behaviour of the dressing systems under different factor combinations, with the ultimate goal of meeting market specifications. The research work underpinning this thesis provides information to support the development of whole pulse flours and pulse fraction supplemented dressings with nutritional and techno-functional potential for commercial and industrial applications. / Les légumineuses (sous forme de graines sèches avec une faible teneur en gras) tel que les petits pois, les pois chiches, les lentilles, les haricots et les graines de lupins, ont reçu une attention accrue en raison de leurs nombreux avantages favorables à la santé. Il existe plusieurs façons d'utiliser les légumineuses entières ainsi que leurs fractions dans une variété de produits alimentaires innovants à haute valeur ajoutée. Les vinaigrettes, qui sont des émulsions huile-en-eau, représentent une grande partie du marché des aliments semi-solides et sont largement consommés en Amérique du Nord ainsi que dans de nombreux autres pays. Le développement de vinaigrettes supplémentées avec des farines de légumineuses ou des fractions de légumineuses représente une nouvelle avenue avec un grand potentiel pour améliorer la qualité technico-fonctionnelle et nutritionnelle des vinaigrettes en augmentant la teneur en protéines, en fibres, en vitamines et minéraux, et dans certains cas complémentant les acides aminés du produit. Des émulsions de vinaigrettes supplémentées avec des farines de légumineuses brutes et traitées thermiquement ont été développées. L'effet de l'addition de légumineuses dans les formulations des vinaigrettes a été étudié en comparant les propriétés physiques des vinaigrettes préparées avec ou sans supplémentation. Les résultats ont montré que les farines de lentilles ont un potentiel considérable comme ingrédient dans les vinaigrettes. Les paramètres rhéologiques ont été considérablement augmentés, montrant un effet d'épaississement associé à la supplémentation de la farine de légumineuses. L'addition de farines de légumineuses pré- bouillies a en outre augmenté l'effet épaississant, conduisant à des propriétés rhéologiques observées plus élevées. La relation entre les propriétés physiques et les caractéristiques structurelles a été explorée en comparant le comportement rhéologique et les observations faites à l'aide d'un microscope électronique à balayage. Les effets de la réduction des matières grasses et du cholestérol (jaune d'oeuf) dans les vinaigrettes supplémentées et de l'augmentation de la quantité de farine de légumineuses ajoutée, sur la couleur et les propriétés rhéologiques ont été étudiés en utilisant un plan central composite et une méthode de surface de réponse. Les résultats ont montré que des changements des principaux ingrédients ont eu un effet important sur les réponses observées. Les résultats au microscope électronique à balayage ont indiqué que les vinaigrettes contenant moins d'huile et de jaune d'œuf disposaient d'un réseau moins dense et des gouttelettes agrégées plus souples. Cette constatation est en accord avec les courbes de surface de réponses observées pour les paramètres rhéologiques. Les courbes de surface de réponses ont montré que l'augmentation de la concentration de l'huile et de l'émulsifiant (protéine de légumineuse ou le jaune d'œuf) conduit à une augmentation linéaire ou non linéaire dans les propriétés rhéologiques et texturales. La méthode de surface de réponse a été utilisée pour optimiser la formulation des vinaigrettes et a été basée sur les variable réponses (dépendantes) choisies. Le test de validation a confirmé la pertinence globale de cette approche de modélisation pour prédire le comportement des systèmes vinaigrettes avec différentes combinaisons de facteurs, dont le but ultime est de répondre aux spécifications du marché.Les travaux de recherche de cette thèse fournissent des informations importantes et pertinentes pour permettre le développement de vinaigrettes supplémentées avec des farines de légumineuses entières ou avec des fractions protéiques avec un potentiel nutritionnel et techno-fonctionnel intéressants pour des applications commerciales et industrielles.

The prevalence of hypertension during the last two decades has led to an intensive search for novel angiotensin I-converting enzyme (ACE) inhibitory peptides from food protein sources. Dry beans (Phaseolus vulgaris) serve as an important protein source in the human diet. However, their physiological and functional properties are poorly understood. Therefore, this thesis was undertaken to investigate the in vitro ACE inhibitory activities of nine varieties of dry beans that are largely grown in Canada.A preliminary study was carried out to compare protein profiles, including composition, thermal properties and molecular structure for protein isolates (PIs) prepared from the nine varieties of dry beans. Results showed that two varieties, namely, cranberry and light red kidney bean PIs had significantly lower denaturation temperatures as well as different electrophoresis profiles and RP-HPLC chromatograms. In vitro ACE inhibitory activities were investigated for the nine varieties of dry beans. In the first study, protein extracts from the nine varieties of dry bean were subjected to trypsin and in vitro gastrointestinal simulation (GIS) digestion. The results demonstrated all hydrolysates exerted ACE inhibitory activities, with hydrolysates produced by in vitro GIS digestion presenting significantly higher (P<0.05) degree of hydrolysis (DH) values as well as ACE inhibitory activities than that of tryptic digests. Among all the varieties, small red bean and navy bean showed the highest and second highest ACE inhibitory activity, respectively, for both digestion treatments. The results also showed that ACE inhibitory activity of in vitro GIS digests of black bean was significantly higher (P<0.001) than that of the tryptic digest. Thus, the three varieties, namely, small red, navy and black beans were selected for subsequent studies to investigate the influence of thermal and different enzymatic treatments on their ACE inhibitory activities. The highest ACE inhibitory activities were obtained for samples hydrolyzed for 100 min, 95 min, and 95 min using Alcalase/papain digestion for heated navy, black and small red bean PIs, respectively. The corresponding half maximal inhibitory concentration (IC50) values were 68 μg protein/mL, 83 μg protein/mL, and 78 μg protein/mL, respectively. Improved ACE inhibitory activities were obtained after in vitro GIS hydrolysates in the order of small red bean > navy bean > black bean.Small red bean hydrolysate, digested by Alcalase/papain and subsequently in vitro GIS digestion was further subjected to fractionation to isolate the most active ACE inhibitory peptides. After a three step purification process, including ultrafiltration, gel filtration and preparative reverse phase high performance chromatography (RP-HPLC). Fraction 28 from RP-HPLC was identified as the most active fraction with an IC50 value of 19.3 μg protein/mL. Enzymatic kinetics conducted using this fraction demonstrated competitive inhibition with inhibitor dissociation constant (Ki) of 11.6 μg protein/mL. Peptide with sequence PVNNPQIH was identified from this fraction with IC50 value of 206.7±3.9μM. Overall, the results from the current study expand the scientific knowledge of the physicochemical and biochemical properties of the nine dry bean (Phaseolus vulgaris) varieties studied. The comparative studies of the in vitro ACE inhibitory activities, protein profiles, thermal properties and secondary structures are the first to be reported in the literature to the best of our knowledge. Results from this work provide a solid base for further research on the ACE inhibitory activities of pulses and should be useful for selecting conditions for potential future utilisation of beans as a source of protein hydrolysates and functional ingredients in novel foods targeting hypertension. / La prévalence de l'hypertension au cours des deux dernières décennies a mené à une recherche intensive de nouveaux peptides inhibiteurs de l'ACE provenant de protéines alimentaires. Les haricots secs (Phaseolus vulgaris) sont une source de protéines importante dans le régime alimentaire humain. Cependant, leurs propriétés physiologiques et fonctionnelles sont mal connues. Cette thèse a donc été entreprise pour examiner, in vitro, les activités inhibitrices de l'ACE de neuf variétés de haricots secs qui sont en grande partie cultivées au Canada.Une étude préliminaire a été effectuée pour comparer les profils protéiques, ainsi que la composition, les propriétés thermiques et la structure moléculaire d'isolats de protéines (PI) préparés à partir des neuf variétés de haricots secs. Les résultats ont montré que les PI de deux variétés, à savoir, le haricot canneberge et le haricot rouge clair, avaient des propriétés distinctement différentes dont, des températures de dénaturations significativement inférieures ainsi que des profils électrophorétiques et des chromatogrammes de RP-HPLC différents. Les extraits de protéines des neuf variétés de haricots secs ont été soumis à la trypsine et la simulation d'une digestion gastro-intestinale (GIS) in vitro. Les résultats ont démontré que les hydrolysats produits par la digestion GIS in vitro présentaient un degré d'hydrolyse (DH) et d'activités inhibitrices de l'ACE significativement plus élevés (P < 0.05) que les hydrolysats obtenus avec la trypsine seulement. Parmi toutes les variétés, le petit haricot rouge et le haricot blanc ont montré, respectivement, le plus élevé et second plus élevé taux d'activité inhibitrice d'ACE, et ce, pour les deux traitements de digestion. Les résultats ont aussi montré que l'activité inhibitrice de l'ACE des produits de digestion GIS in vitro du haricot noir était significativement plus élevée (P < 0.001) que celle de la digestion avec la trypsine.Ainsi, les trois variétés, à savoir, des petits haricots rouges, les haricots Navy et les haricots noirs, ont été choisies pour des études ultérieures pour examiner l'influence de la température et de différents traitements enzymatiques sur les activités inhibitrices de l'ACE. Les activités inhibitrices de l'ACE les plus élevées ont été obtenues pour des échantillons hydrolysés lors de la digestion avec l'alcalase suivi de la papaïne pour les PI chauffés du Haricot Navy (hydrolyse de 100 minutes) du petit haricot rouge (hydrolyse de 95 minutes) et du petit haricot noir (hydrolyse de 95 minutes). La valeur correspondant à la concentration médiane d'inhibition IC50 était de 68, 83 et 78 µg de protéine/ml, respectivement pour les trois haricots susmentionnés. Les meilleures activités inhibitrices d'hydrolysats ont été obtenues après GIS in vitro par le petit haricot rouge, puis, le haricot blanc, et puis, le haricot noir. L'hydrolysat du petit haricot rouge, digéré par alcalase/papaine et par la suite par la digestion GIS in vitro a été à nouveau soumis au fractionnement pour isoler les peptides inhibiteurs de l'ACE les plus actifs. Après trois étapes de purification comprenant l'ultrafiltration, la filtration sur gel et RP-HPLC, la fraction 28 obtenue après RP-HPLC a été identifiée comme la fraction la plus active avec une valeur d'IC50 de 24.4 µg de protéine/mL. La cinétique enzymatique réalisée avec cette fraction a démontré une inhibition compétitive avec une constante d'inhibition Ki de 14.7 µg/mL. Les études comparatives des activités inhibitrices de l'ACE, des profils de protéines, des propriétés thermiques et des structures secondaires sont les premières à être rapportées dans la littérature au mieux de notre connaissance. Les résultats de ce travail devraient être utiles pour choisir des conditions pour de potentielles utilisations futures des haricots comme source d'hydrolysats protéiques et d'ingrédients fonctionnels dans de nouveaux produits alimentaires visant à réduire l'hypertension.

Interactions of egg proteins (ovalbumin, conalbumin, egg white proteins, and egg yolk proteins) with selected phenolic compounds (flavone, chrysin, quercetin, and rutin) in aqueous media were examined by electrophoresis and fluorescence spectrophotometry. SDS-PAGE and native-PAGE results showed variable changes on the electrophoretic behaviour of egg white proteins in the presence of quercetin, while conalbumin-phenolic reaction products showed interactions under non-reducing conditions only. Fluorescence quenching technique was used to investigate the nature of egg protein-phenolic interactions and to estimate the effect of glycosylation and hydroxylation of phenolic compounds on the affinity to egg proteins. Stern-Volmer data revealed that the mechanism of egg protein-phenolic interactions is the static quenching and suggest that the diffusion does not play a role in fluorescence quenching in egg protein-phenolic interactions; the binding data analysis suggests that glycosylation and hydroxylation of phenolic compounds lower the affinity to egg proteins. Fluorescence quenching results showed that fluorescence intensity of egg proteins decreased with increasing concentration of phenolics. Enzymatic hydrolysis of egg protein-phenolic products assessed by using trypsin-chymotrypsin mixture and bacterial protease revealed that in vitro egg protein digestion was adversely affected by the interaction of phenolics. Proteins extracted from muffin mixture with added phenolics were investigated by electrophoresis techniques and enzymatic hydrolysis. SDS-PAGE results showed changes in electrophoretic patterns of ovalbumin. In vitro enzymatic hydrolysis of proteins extracted from the muffin was adversely affected by the addition of phenolics. / Les interactions de protéines d'œuf (ovalbumine, conalbumine, protéines de blanc d'oeuf, protéines de jaune) avec des composés phénoliques sélectionnés (flavone, chrysine, quercétine et rutine) dans des milieux aqueux ont été examinées par électrophorèse et spectrofluorométrie. Les résultats de native-PAGE et SDS-PAGE ont montré des changements variables sur le comportement électrophorétique des protéines du blanc d'œuf en présence de la quercétine, tandis que les produits de réaction entre conalbumine et phénoliques ont montré des interactions dans des conditions non réductrices seulement. La technique extinction (quenching) de la fluorescence a été utilisé pour étudier la nature des interactions protéines d'oeuf et phénoliques, et pour estimer l'effet de la glycosylation et l'hydroxylation de composés phénoliques sur l'affinité à la protéine d'oeuf. Les données de Stern-Volmer ont révélé en utilisant un quencher « desactivateur » que le mécanisme d'interactions entre la protéine d'œuf et les composées phénoliques est de type électrostatique et suggère que la diffusion ne joue pas un rôle dans l'extinction de la fluorescence en présence d'interactions protéines d'œuf et composés phénoliques. L'analyse des données « binding » soit des liaisons, suggère que la glycosylation et l'hydroxylation des composés phénoliques réduit l'affinité pour les protéines d'oeuf. Les résultats de l'extinction de la fluorescence ont montré que l'intensité de fluorescence des protéines de l'œuf diminue avec l'augmentation de la concentration des composés phénoliques. Les produits d'hydrolyses enzymatiques des complexes protéines d'oeuf-composés phénoliques évaluées suite à une protéolyse par un mélange trypsine-chymotrypsine et de la protéase bactérienne ont révélé que la digestion in vitro des protéines d'oeuf a été affectée négativement par l'interaction des composés phénoliques. Les protéines extraites du mélange à muffins enrichis en composés phénoliques ont été étudiés par des techniques d'électrophorèse et d'hydrolyse enzymatique. Les résultats du SDS-PAGE ont montré des changements dans le modèle électrophorétique de l'ovalbumine. L'hydrolyse enzymatique in vitro des protéines extraites du muffin a été affectée négativement par l'ajout de composés phénoliques.

In this study, dogfish (Squalus acanthias) skins were hydrolyzed with three different proteases, α-chymotrypsin, trypsin and papain, and evaluated for antioxidant, antimicrobial and enzyme inhibitory effects. The protein hydrolysates were produced by treating the skins with 1% enzyme for 4 h at 37˚C, followed by ultrafiltration using 10 kDa ultra filtration membranes. The antioxidant capacity of the hydrolysates based on their IC50 values for the α-Chymotrypsin treated protein hydrolysate (CPH) were calculated as 0.095 mg/mL, 0.116 mg/mL and 0.349 mg/mL, for superoxide anion scavenging, hydroxyl radical scavenging and metal ion chelating power, respectively; the corresponding values obtained with the trypsin treated protein hydrolysate (TPH) were 0.198 mg/mL, 0.186 mg/mL and 0.211 mg/mL; and the values for the papain treated protein hydrolysate (PPH) were 4.388 mg/mL, 0.096 mg/mL and 0.286 mg/ml, respectively. A reducing power of 0.5 was achieved with 0.940 mg/mL PPH, 1.083 mg/mL CPH and 3.70 mg/ml TPH. Initial antimicrobial testing with DH5α -E.coli, Lactococcus lactis and Bacillus subtilis with polymyxin B as positive control did not appear to have any antimicrobial activity by CPH, TPH and PPH. With the presence of these three hydrolysates survival of these probiotic bacteria (Lactococcus lactis and Bacillus subtilis) increased compared to their negative control. At 0.35mg/mL CPH produced 65% of inhibition against porcine pancreatic lipase, while TPH and PPH appeared to be enhancing the enzyme activity. At 40μg/mL, the inhibition (%) of α-chymotrypsin by the three hydrolysates was 32.5% (CPH), 16.4% (TPH) and 8.5% (PPH). The present study shows that enzymatically produced protein hydrolysates from dogfish skin have antioxidant and enzyme inhibitory properties as well as potential to improve probiotic bacteria survival. Further studies are needed to explore the antimicrobial effects, and to characterize the individual peptides in the hydrolysates to verify their potential as food processing aids. / Dans cette étude, trois différents enzymes protéolytiques, soit α-chymotrypsine, trypsine, et papaine, ont été utilisés pour hydrolyser des échantillons de peau provenant d'aiguillat commun (Squalus acanthias). Les activités antioxidante, antimicrobienne et inhibitrice ont été mesurées sur les hydrolysats ainsi obtenus. Les réactions protéolytiques ont été conduites en traitant les échantillons de peau avec une concentration dènzyme de 1 % durant 4 heures à 37oC, suivi d'ultrafiltration sur membranes 10 kDa. La capacité antioxidante des hydrolysats par α-chymotrypsine (CPH), basé sur les valeurs IC50 a été calculée comme suit : 0.095 mg/mL, 0.116 mg/mL et 0.349 mg/mL, respectivement envers l'anion superoxide, le radical hydroxyle, et pour le pouvoir de chélation minérale. Ces mêmes valeurs dans le cas des hydrolysats par trypsine (TPH) étaient respectivement de 0.198 mg/mL, 0.186 mg/mL et 0.211 mg/mL. Enfin, pour les hydrolysats par papaïne (PPH), des résultats correspondants de 4.388 mg/mL, 0.096 mg/mL et 0.286 mg/ml ont été mesurés. L'atteinte d`un pouvoir réducteur de 0.5 a exigé les concentrations suivantes de chaque hydrolysat: 0.940 mg/mL de PPH, 1.083 mg/mL de CPH et 3.70 mg/ml de TPH. Nos essais initiaux d`activité antimicrobienne DH5- E.coli, Lactococcus lactis et Bacillus subtilis avec polymyxine B comme témoin positif, n`ont mis aucune activité en évidence. En présence de chacun de ces trois hydrolysats, le taux de survie des bactéries probiotiques (Lactococcus lactis et Bacillus subtilis) a augmenté par rapport au témoin négatif. Pour une concentration de 0.35mg/mL le CPH a montré un taux d`inhibition de 65% envers la lipase pancréatique du porc, alors que TPH et PPH ont plutôt favorisé l`activité de cet enzyme. A 40μg/mL, le % d`inhibition de l'α-chymotrypsine observé pour ces trois hydrolysats était de 32.5% (CPH), 16.4% (TPH) et 8.5% (PPH). La présente étude a démontré que les hydrolysats protéiques obtenus à partir de la peau d`aiguillat par voie enzymatique possèdent des propriétés antioxidantes et inhibitrices, de même qu'une capactié à augmenter le taux de survie de certaines bactéries probiotiques. Des travaux supplémentaires sont requis afin de caractériser les peptides constitutifs de ces hydrolysats et également leurs effets antimicrobiens spécifiques; ceci permettra dèn valider le potentiel comme bioadditifs en transformation alimentaire.

The objective of this research was to investigate the effect of heating on α-Tocopherol content and antioxidant activity of different vegetable oils (EVOO, canola and palm oil). The highest α-Tocopherol content was found in EVOO followed by canola oil and palm oil (323 ±5, 271 ±2 and 174 ±2 µg/ml) respectively. The effect of heat was done at 70, 100 and 130 oC, for time intervals of 0.5, 1, 1.5 and 2 h. Thermal degradation of α-Tocopherol in the oils was minimal at 70 oC and increased at 100 oC and 130 oC. Heating at 130 oC for 2 h resulted in 100, 24 and 44 % degradation of α-Tocopherol in EVOO, canola oil and palm oil respectively; EVOO was completely degraded after 1.5 h heating at 130 oC. Use of 2 cooking methods, pan-frying (250 oC, 5 min) and oven cooking (130 oC, 30 min) resulted in the degradation of α-Tocopherol in the oils. In the pan-frying method, both EVOO and palm oil were completely degraded and canola oil showed 42 % degradation. With the oven cooking method the degradation for EVOO, canola oil and palm oil were 18, 13 and 10 %, respectively. The antioxidant activity was highest with canola oil followed by palm oil and EVOO (59 ±1.72, 51 ±0.84 and 46 ±0.91 %), respectively. At 70 oC there was no significant decrease in the antioxidant activity of the heated oils. At 100 oC, EVOO showed highest reduction in antioxidant activity followed by canola oil and palm oil. At 130 oC, the antioxidant activity decreased gradually in the oil samples. The highest decrease was observed with EVOO followed by canola oil and palm oil. The decrease of antioxidant activity in oil samples was also observed with both pan-frying and oven cooking methods, with greater reduction in antioxidant activity using the pan-frying method. / L'objectif de cette recherche a été d'étudier l'effet de la chaleur sur la quantité d'α-tocophérol et sur l'activité antioxydant de différentes huiles végétales (l'huile d'olive extra vierge, l'huile de canola, et l'huile de palme). La quantité la plus élevée d'α-Tocophérol a été trouvée dans l'huile d'olive extra vierge, suivie par l'huile de canola et l'huile de palme (323 ±5, 271 ±2 and 174 ±2 µg/ml) respectivement. L'effet de la chaleur a été étudié à 70, à 100 et à 130 oC durant 0.5, 1, 1.5 et 2 h. La dégradation thermale d'α-Tocophérol dans les huiles a été minimale à 70 °C et a augmenté à 100 et 130 °C. Chauffer à 130 oC durant 2 h a mené à la dégradations de 100, 24 et 44 % d'α-Tocophérol dans l'huile d'olive extra vierge, dans l'huile de canola, et dans l'huile de palme, respectivement; l'huile d'olive extra vierge a été complètement dégradée après 1.5 h de chauffage à 130 oC. L'utilisation de deux différents façons de cuire, l'utilisation de la poêle (250 oC, 5 min) et l'utilisation du four (130 oC, 30 min), a mené à la dégradation d'α-Tocophérol dans les huiles. En utilisant la poêle, l'huile d'olive extra vierge et l'huile de palme ont été complètement dégradées et l'huile de canola a démontré une dégradation de 42 %. En utilisant le four, la dégradation de l'huile d'olive extra vierge, de l'huile de canola, et de l'huile de palme a été de 18, 13 et 10 % respectivement. L'activité antioxydant des échantillons a été le plus élevé avec l'huile de canola, suivi par l'huile de palme et par l'huile d'olive extra vierge (59 ±1.72, 51 ±0.84 et 46 ±0.91 %), respectivement. À 70 oC, il n'y avait pas de réduction significative dans l'activité antioxydant des huiles chauffées. À 100 oC, l'huile d'olive extra vierge a démontré une réduction maximale en activité antioxydant suivi par l'huile de canola et par l'huile de palme. À 130 oC, l'activité antioxydant des huiles a baissé graduellement. La réduction la plus élevée a été observée avec de l'huile d'olive extra vierge, suivie par l'huile de canola et par l'huile de palme. La réduction en activité antioxydant dans les échantillons d'huile a été aussi observée avec les deux façons de cuire, d'où une réduction plus importante en activité antioxydant a été observée en utilisant la poêle.

Food industries are focusing energies towards the development of functional foods and food ingredients. Several ancient grains are being used as a source of functional nutrients. Millets are minor cereals which have high nutritional value, are non-glutinous and are easily digestible. In spite of this, their consumption is limited. This could be attributed to their non-availability in ready-to-eat and ready-to-use foods. Processing of millets to incorporate them in ready-to-eat foods can increase their nutritional value, availability and economic value. Thermal processing can improve the bioavailability of certain vitamins and minerals and can also help in lowering the water activity thus, preventing the growth of microorganisms. Thermally processed foods also have better organoleptic properties. One interesting method of thermal processing is popping. Popping enhances the carbohydrate and protein digestibility by inactivating some of the enzymes and enzyme inhibitors. Popping also improves the color, appearance, aroma and taste of the processed food commodity. In the present study, the popping quality of little millet (Panicum sumatrense) and the effects of popping on the nutrient composition and the functional properties of the millet were studied. The popping quality of little millet was optimized with respect to the temperature of the particulate medium and the moisture content of the millet, both of which were found to determine the yield of popping. The optimized conditions for popping little millet were obtained at 16% grain moisture and particulate medium temperature of 260°C. The total protein, crude fat and total ash content of the popped millet was almost equal to that of the native millet. Popping increased the non-resistant starch content of little millet. The availability of total phenolics increased from 225 mg GAE/100g sample (db) in native millet to 661.462 mg GAE/100g sample (db) in popped millet. Popped millet flour (PMF) had a higher oil absorption capacity at room temperature as well as at 140°C and also exhibited higher swelling power and solubility. While the cold paste viscosity of the native millet flour (NMF) was 5.359 X 10^-3 Pa s, that of PMF varied from 1.5 to 7.5 Pa s. NMF had a hot paste viscosity (HPV) of 0.1908 Pa s whereas the HPV of PMF varied from 1.9 to 7.5 Pa s. From the results obtained in the present study, it was deduced that PMF would form pastes of uniform viscosity which would be more stable to heat during cooking and would have a greater shelf-life. It was also confirmed that popped millet flour had the advantage over native millet flour with improved nutrient availability and better functional properties. / L'industrie alimentaire vise le développement d'aliments et d'ingrédients fonctionnels. De nombreux grains anciens sont utilisés comme source d'éléments nutritifs fonctionnels. Le millet est une petite graminée qui possède une excellente valeur nutritive, sans gluten et facilement digestible. Cependant cette céréale est peu consommée. Cela s'explique en partie par la non-disponibilité de produits prêts à manger issus du millet. La transformation du millet afin de l'incorporer dans une variété d'aliments peut améliorer sa valeur nutritive, sa disponibilité et sa valeur économique. Les traitements thermiques peuvent améliorer la biodisponibilité de certaines vitamines et minéraux et peuvent aider également a diminué l'activité de l'eau en prévention de la multiplication des microorganismes. Les aliments transformés par procédés thermiques ont souvent de meilleures propriétés organoleptiques. Un intéressant procédé de transformation thermique est l'expansion à sec qui entraîne l'éclatement du grain. L'expansion thermique à sec améliore la digestibilité des hydrates de carbone et des protéines en inactivant les enzymes et les inhibiteurs d'enzymes. L'expansion thermique peut aussi améliorer la couleur, l'apparence, l'arôme et le goût des céréales soufflées. Dans la présente étude, la qualité de petit mil (Panicum sumatrense) a été étudiée afin de déterminer les effets du traitement thermique sur la composition nutritionnelle et les propriétés fonctionnelles du millet soufflé. La qualité du millet soufflé a été optimisée en tenant compte du traitement thermique, soit la température des particules solides et la teneur en eau des grains, qui affectent tous deux le rendement. La protéine brute, la matière grasse brute, et la fraction totale de cendres n'ont pas été affectés par le traitement. L'expansion thermique a cependant augmenté l'amidon non-résistant du petit mil. La disponibilité des composants phénoliques a augmenté de 225 mg GAE/100g (base sèche) des échantillons témoins à 661.462 mg GAE /100g (base sèche) pour les grains soufflés. La farine de millet soufflé avait une capacité d'absorption d'huile plus élevée autant à la température de la pièce qu'à 140°C, avec également un pouvoir de gonflement et une solubilité plus élevés. La viscosité à basse température de la pâte de farine de millet témoin était de 5.359 ×10^-3 Pa s par rapport à une valeur variant de 1.5 à 7.5 Pa s pour la farine de millet soufflé. La viscosité à haute température de la pâte de farine de millet témoin était de 0.1908 Pa s par rapport à une valeur variant de 1.9 à 7.5 Pa s pour la farine de millet soufflé. Ainsi, de par les résultats obtenus, la farine de millet soufflé permet la formation d'une pâte de viscosité uniforme qui serait stable face à un procédé thermique, lui assurant une meilleure conservation. Les meilleures conditions pour l'expansion thermique du petit mil sont établies à une teneur en eau des grains de 16%, et une température des particules chauffantes de 260°C. La recherche a confirmé que la farine de millet soufflé est supérieure à la farine témoin (millet non-soufflé) avec une amélioration de la disponibilité des éléments nutritifs et de meilleures propriétés fonctionnelles.