Thèse de doctorat : Procédés biotechnologiques et alimentaires : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

En raison de préoccupations environnementales, économiques et sociales, de nombreux efforts ont été déployés au cours des dernières années afin de développer de nouvelles voies de valorisation des co-produits issus de l'industrie de transformation du poisson. À cet effet, il a été constaté que la transformation de ces co-produits en hydrolysats représentait une avenue d'intérêt puisque celle-ci permettait de produire des ressources ayant des activités biologiques. Toutefois, malgré ces aspects prometteurs, les hydrolysats de poisson présentent également l'inconvénient majeur d'être associés à des odeurs déplaisantes ce qui limite leur utilisation. Ainsi, le développement d'une méthode de désodorisation efficace revêt, dans ce contexte, un caractère crucial. L'objectif principal de cette thèse était de développer une méthode de désodorisation appliquée à un hydrolysat de laitance de hareng en évaluant, pour ce faire, la performance des procédés d'électrodialyse (ED) et de désaération à réduire le contenu odorant de cet hydrolysat. Dans un premier temps, le contenu odorant de l'hydrolysat de laitance de hareng a été caractérisé. Il a alors été démontré que le contenu odorant de cet hydrolysat comprenait 15 composés considérés comme principaux contributeurs à son odeur ainsi que les molécules de diméthylamine (DMA), triméthylamine (TMA) et d'oxyde de triméthylamine (TMAO). Ensuite, la performance des procédés d'ED et de désaération à réduire ce contenu odorant a été évaluée. L'ED ne s'est pas avérée performante à des fins de désodorisation et ce, indépendamment des conditions de pH et de courant testées. En revanche, le procédé de désaération a permis de réduire le contenu des composés considérés comme ayant une contribution significative à l'odeur de l'hydrolysat lorsque le traitement a été conduit à pH 7. Également, il a été constaté que la simple basification de l'hydrolysat à pH 10 permettait de conduire à une diminution significative du contenu des principaux contributeurs à l'odeur de ce dernier. Dans un second temps, puisque le traitement de désaération à pH 7 ainsi que la simple basification ont été identifiés comme des avenues d'intérêt afin de réduire le contenu odorant de l'hydrolysat de laitance de hareng, un intérêt particulier a été porté à ces deux conditions. Plus précisément, comme les solutions d'hydrolysat correspondant à ces conditions avaient subi en premier lieu un ajustement de pH puis un brassage d'une nuit sous inertie avant que d'être finalement traitées ou non par désaérateur, il demeurait indispensable de venir préciser le rôle respectif de chacune de ces étapes sur le contenu odorant ciblé. Il a alors été démontré que le brassage sous inertie n'avait aucun impact sur le contenu odorant ciblé contrairement au pH et au désaérateur. En effet, à pH 7, le désaérateur s'est avéré performant pour réduire le contenu des principaux contributeurs à l'odeur de l'hydrolysat du fait de leur meilleure disponibilité. A contrario, le traitement de désaération à pH 10 s'est accompagné d'une diminution dans le contenu en TMA et en DMA du fait de leur meilleure disponibilité sous de telles conditions. Finalement, lorsque la combinaison d'un traitement de désaération à pH 7 et d'une basification subséquente a été évaluée, une baisse significative du contenu des principaux contributeurs à l'odeur de l'hydrolysat a également été observée. Les analyses sensorielles ont confirmé que la combinaison d'un traitement de désaération à pH 7 et d'une basification subséquente ainsi que le simple traitement de désaération à pH 10 étaient les conditions les plus optimales pour désodoriser l'hydrolysat de laitance de hareng. Finalement, la méthode de désodorisation a été optimisée. À cet effet, la combinaison de traitements de désaération en conditions neutre et basique peut être considérée comme l'avenue la plus optimale afin de désodoriser l'hydrolysat de laitance de hareng. La performance de ces résultats a également été démontrée d'un point de vue sensoriel. De plus, un tel traitement n'a pas affecté la capacité antioxydante de l'hydrolysat de laitance de hareng. Ainsi, les travaux entrepris dans le cadre de cette thèse ont permis de développer une méthode de désodorisation efficace et simple d'utilisation d'un hydrolysat de laitance de hareng. Ceci offre donc l'opportunité d'accroître le potentiel d'utilisation de cette ressource d'intérêt. / Due to environmental, economic and social concerns, many efforts have been made over the past few years to develop new valorization ways of by-products originating from the fish processing industry. For this purpose, the transformation of these by-products into hydrolysates was perceived as a promising avenue since it could result in the production of resources evidencing biological activities. Nevertheless, in spite of these promising aspects, fish hydrolysates present as well the major drawback to be associated with off-flavors limiting their use. Therefore, the development of an effective deodorization method appears to be, in this context, of significant importance. The main objective of this thesis was to develop a deodorization method applied to herring milt hydrolysate by assessing, to do so, the performance of electrodialysis (ED) and deaeration processes to reduce the odorous content of this hydrolysate. Firstly, the odorous content of herring milt hydrolysate was characterized. It was demonstrated that the odorous content of this hydrolysate included 15 compounds considered as being the main contributors to its odor as well as the molecules of dimethylamine (DMA), trimethylamine (TMA) and trimethylamine oxide (TMAO). Then, the performance of ED and deaeration processes to reduce this odorous content was assessed. At that stage, it was noticed that ED was not effective for deodorization purposes, independently of the pH and current conditions. On the contrary, the deaerator was efficient to reduce the content of the compounds considered as being the most potent odor-active ones of the hydrolysate while the treatment was conducted at pH 7. Also, it was found that the simple basification of the hydrolysate at pH 10 led to a significant decrease in the content of the most potent odor-active compounds. Secondly, since the deaerator treatment at pH 7 and the simple basification were identified as avenues of interest to reduce the odorous content of herring milt hydrolysate, a particular attention was paid regarding these two conditions. More precisely, since such results were obtained on herring milt hydrolysate solutions whose pH was first adjusted either to 7 or 10 before being stirred overnight with nitrogen and then treated or not by deaerator, in order to develop an optimal deodorization method, it remained essential to clarify the respective role of each of these steps. It was demonstrated that the overnight stirring had no impact on the targeted odorous content on the contrary to pH and deaeration step. In fact, at pH 7, the deaerator was shown to be effective to reduce the content of the most potent odor-active compounds of herring milt hydrolysate due to their better availability. On the contrary, the deaerator treatment at pH 10 was shown to be effective to reduce the DMA and TMA contents due to their better availability under such conditions. Finally, while the combination of the deaerator treatment at pH 7 and the subsequent basification was assessed, a significant decrease in the content of the most potent odor-active compounds was observed as well. Sensory analyses confirmed that the combination of deaerator treatment at pH 7 and subsequent basification as well as a simple deaerator treatment at pH 10 were the most optimal conditions for the deodorization of herring milt hydrolysate. Finally, the deodorization method by deaerator was optimized. Deaerator treatments under neutral and basic conditions could be considered as the most optimal avenue for the deodorization of herring milt hydrolysate. The performance of these results was demonstrated from a sensorial point of view as well. Also, such treatment had no impact on the antioxidant capacity of herring milt hydrolysate. This thesis work allowed to develop an effective and easy-to-use deodorization method of herring milt hydrolysate. Therefore, this represents the opportunity to increase the potential for the use of this valuable resource.

Les hydrolysats enzymatiques de protéines de lactosérum sont riches en peptides fonctionnels et bioactifs, ce qui justifient l’intérêt de les fractionner afin de concentrer ou purifier ces molécules. Les techniques membranaires présentent un fort potentiel pour la séparation de ces hydrolysats à l’échelle industrielle, mais des interactions peptide-peptide semblent affecter leur efficacité. Cette étude visait donc à caractériser les interactions peptide-peptide dans un mélange de peptides issus d’un hydrolysat trypsique de β-LG, à identifier les conditions physico-chimiques et les peptides responsables de ces interactions, puis à évaluation l’influence de ces interactions sur le fractionnement de cet hydrolysat par nanofiltration. La focalisation isoélectrique a d’abord été utilisée pour fractionner l’hydrolysat et a permis de démontrer la formation d’agrégats peptidiques à pH acide. Une étude de turbidimétrie a par la suite mis en évidence la solubilité de l’hydrolysat en fonction du pH et de certaines conditions physico-chimiques. Les agrégats obtenus à pH 4 ont été centrifugés et séparés, puis les peptides responsables de cette agrégation ont été identifiés. Parmi ces peptides, la présence de fragments chymotrypsiques a justifié une étude subséquente sur l’activité résiduelle chymotrypsique dans la préparation trypsique, et son impact sur le phenomène d’agrégation des peptides à pH acide. La dernière partie de cette étude a permis d’évaluer l’impact des agrégats peptidiques sur le fractionnement par nanofiltration de l’hydrolysat trypsique de β-LG. Il a été démontré que les interactions peptide-peptide ne nuisent pas au fractionnement, mais semblent plutôt être bénéfiques, et ce en modifiant la couche de polarisation créée en cours de filtration. / Whey protein enzymatic hydrolysates contain several functional and bioactive peptides which justify their fractionatation to isolate such interesting molecules. Membrane separation technologies have an excellent potential for peptide separation but peptide-peptide interactions seem to reduce their efficiency. The objectives of this study were to demonstrate the occurrence of peptide-peptide interactions in a tryptic hydrolysate of β-LG, to identify the optimal physico-chemical conditions and peptides responsible of such interactions, as well as to evaluate the influence of such interactions on the fractionation of this hydrolysate by nanofiltration. Isoelectric focusing was used to fractionate the hydrolysate and to demonstrate a peptidic aggregation phenomena at acidic pH. Turbidimetry was then used to highlight the solubility of the hydrolysate according to the pH and some physico-chemical conditions. Peptide aggregates formed at pH 4 were centrifuged and separated, and peptides responsible for this aggregation were identified. From these peptides, the presence of chymotryptic peptides has justified a study of the impact of residual chymotryptic activity in the tryptic preparation on the aggregation phenomena. The second part of this work allowed the evaluation of the effect of these aggregates on the fractionation of the tryptic hydrolysate of β-LG by nanofiltration. It was shown that peptide-peptide interactions do not impair the fractionation. On the contrary, these interactions taking place in the polarized layer may have a positive impact on the fractionation.

L’intérêt pour l’entomophagie est grandissant en raison de ses nombreux avantages tant environnementaux que nutritionnels. L’acceptabilité sociale de cette pratique dans les sociétés occidentales est un obstacle majeur de cette industrie. Il est reconnu que l’incorporation des insectes sous forme d’ingrédients plutôt qu’entiers favorise l’acceptabilité des consommateurs. Toutefois, la farine d’insectes possède une faible fonctionnalité et est davantage utilisée comme agent de remplissage dans des aliments. L’hydrolyse enzymatique est une méthode largement utilisée afin de modifier la fonctionnalité de diverses protéines et son efficacité peut être améliorée par l’utilisation d’un prétraitement aux hautes pressions hydrostatiques (HPH). Dans le cadre de ce projet, la fonctionnalité de farines d’insectes brutes et d’hydrolysats protéiques générés à partir de farines prétraitées ou non par pressurisation avant l’hydrolyse enzymatique a été déterminée. La solubilité et la capacité de rétention d’huile ont été améliorées par ce procédé contrairement à la capacité de rétention d’eau et aux propriétés moussantes et gélifiantes. Laviscosité et les propriétés émulsifiantes ont été peu améliorées. Cependant, leurs fonctionnalités généralement améliorées en comparaison de celles des farines pourraient faciliter leur acceptabilité. Plus spécifiquement, il est reconnu qu’une expérience positive de consommation favorise l’acceptabilité notamment lorsque des chefs sont inclus dans ce type de processus. Pour ce projet, une étude qualitative basée a priori sur la théorie de la diffusion de Rogers a également été effectuée afin de déterminer la perception de cuisiniers novateurs sur l’utilisation d’ingrédients d’insectes. Tous les participants avaient une opinion positive envers l’entomophagie, mais trouvaient que les inconvénients majeurs de la farine étaient sa texture, son odeur et sa faible acceptabilité par les consommateurs. Comprendre ces perceptions permettra d’accroître l’utilisation des ingrédients d’insectes dans la gastronomie et éventuellement l’acceptabilité sociale. / Interest in Entomophagy increases due to several environmental and nutritional benefits, but the social acceptability of this practice is a major obstacle in Western societies. Studies have shown that incorporating insect as an ingredient rather than whole insects promotes consumer acceptability. As a result of their poor functionality, insect meals arecommonly used as a filler agent. Enzymatic hydrolysis is a widely used method to modify and improve the functionality of various proteins, but the effectiveness of this method can be enhanced by using high hydrostatic pressures (HHP) as a pre-treatment. In this project, the functionality of insect meals and protein hydrolysates prepared from meals that were pretreated or not prior enzymatic hydrolysis by pressurization has been determined. The solubility and oil binding capacity were enhanced by this process in contrast to water binding capacity as well as foaming and gelling properties. Viscosity and emulsifying property were slightly increased comparatively to insect meal. However, their different functionalities from those of insect meals could facilitate their acceptability. Specifically, it is acknowledged thata positive consumption experience promotes the entomophagy acceptability especially whenchefs are included in the process. For this project a qualitative study based a priori on Roger’sdiffusion of innovation theory was also conducted to explore the perceptions of innovative chefs on the use of insect ingredients. All participants had a positive opinion of entomophagy and the majority was ready to use it. Understanding these perceptions will increase the use of insect ingredients in the gastronomy and eventually social acceptability.

Depuis plusieurs décennies, de nombreuses recherches ont porté leur attention sur les bioactivités des constituants du soya, depuis les isoflavones jusqu'aux protéines, en passant par les peptides. L'objectif principal de ce travail de thèse était de démontrer qu'à partir de l'hydrolyse enzymatique de protéines de soya par la pepsine et la pancreatine, il était possible d'isoler et de concentrer des peptides bioactifs plus efficacement par la technique d'électrodialyse avec membranes d'ultrafiltration (ÉDUF) que par l'emploi des méthodes traditionnelles d'UF. Au cours de ces travaux, les premiers résultats ont démontré que l'utilisation de l'UF (seuil de coupure de 10 kDa, facteur de concentration 2X, pression trans-membranaire de 173 kPa) permettait de concentrer les peptides bioactifs, soit dans le perméat soit dans le rétentat, dépendamment de la bioactivité recherchée. En parallèle, cette étude a également permis de mettre en évidence que la configuration membranaire des diverses membranes disponibles commercialement, jouait un rôle important sur la séparation des peptides (comparaison des configurations de membrane spiralée et de membrane à fibres creuses). Ainsi, l'étude de la capacité des fractions collectées à moduler la captation du glucose a montré que seul le rétentat de la membrane spiralée (SWR) donne des résultats significativement améliorés. Selon l'analyse de la composition en acides aminés des différentes fractions, cette bioactivité serait due à une plus forte concentration en lysine. Par la suite, l'étude en ÉDUF des effets du pH sur les paramètres électrodialytiques (conductivité, taux de migration, résistance membranaire, etc.) ainsi que sur les bioactivités des fractions collectées (traitement de 4 h à 5 V avec des membranes d'un seuil de coupure de 10 kDa, pH 3, 6 et 9) a démontré l'impact du colmatage potentiel des membranes plus ou moins conséquent selon le pH sur la migration des peptides anioniques. Cependant, aucune des fractions collectées n'a démontré de capacités à stimuler la captation du glucose in vitro. Par la suite, il a pu être démontré qu'un traitement de 6 h à 50 V avec des membranes présentant un seuil de coupure de 100 kDa à pH 6 permettait l'isolement et la concentration de peptides dont la capacité à moduler la captation du glucose était de 22% supérieure à celle de l'hydrolysat complet et de 33% par rapport à celle induite par la fraction SWR. L'ensemble de ces travaux nous a donc permis de démontrer que l'hydrolyse enzymatique utilisée permettait de libérer des peptides bioactifs à partir des protéines du soya, mais également, que par l'optimisation des paramètres d'ÉDUF, il est possible d'isoler ces peptides bioactifs de manière plus sélective que par l'utilisation des techniques traditionnelles.

Les résultats de cette étude ont montré qu'un extrait enrichi en peptides anioniques (APEE), préparé par nanofiltration d'un hydrolysat trypsique de protéines du lactosérum, inhibait la croissance des bactéries pathogènes Listeria monocytogenes et Staphylococcus aureus sur milieu gélose. Le même extrait s'est aussi avéré efficace pour inhiber la croissance de L. monocytogenes dans un caillé modèle de type Cheddar. De plus, l'activité antimicrobienne de cet extrait était supérieure dans les caillés préparés avec un faible ratio sel/humidité (1.75% vs 3.75%). L'efficacité de cet extrait envers les bactéries Gram positif a été associée à sa richesse en peptides anioniques constitués de plus de 8 acides aminés et pouvant contenir des résidus cysteine et/ou un pont disulfure. Ces travaux suggèrent donc que l'APEE pourrait être utilisé comme agent de conservation naturel pour limiter la croissance de L. monocytogenes dans les aliments, notamment dans les fromages Cheddar à teneur réduite en sel.

Le diabète de type 2 (DT2) est un trouble multifactoriel complexe de l’homéostasie du glucose. Cette maladie, bien qu’elle possède une composante génétique, est principalement induite par des causes socio-environnementales comme de mauvaises habitudes alimentaires. En dépit des mesures hygiéno-diététiques et des traitements médicaux utilisés pour prévenir et traiter la maladie, le DT2 ne cesse de progresser. L’identification et la production de peptides bioactifs à partir de sources naturelles offrent une alternative intéressante aux médicaments de synthèse, dont les préoccupations concernant les effets secondaires ne cessent d’augmenter. Ainsi, en raison de leur abondance et leur richesse en molécule bioactive, les coproduits de la transformation du poisson offrent une source presque inépuisable de peptides bioactifs. En effet, lors d’études précédentes, il a été démontré que des protéines de morue et de saumon permettaient d’améliorer la santé cardio-métabolique in vivo, et d’améliorer la captation du glucose musculaire, de diminuer la production du glucose hépatique et l’inflammation. De plus, avec un nombre de plus en plus important d’individus à nourrir, l’industrie de la transformation doit augmenter sa production, et les déchets ne cessent de s’accumuler. Néanmoins, afin d’exercer leur effet bioactif, il est nécessaire de libérer ces peptides bioactifs des structures protéiques au sein desquelles ils sont imbriqués et sous forme inactive générant ainsi des hydrolysats complexes. Par la suite, une ou plusieurs étapes de séparation sont utilisées afin de concentrer ces peptides dans des fractions plus actives, par exemple en fractionnant ces hydrolysats complexes par électrodialyse avec membranes d’ultrafiltration. En effet, Il a été démontré l’efficacité de l’électrodialyse avec membranes d’ultrafiltration pour la génération de fractions améliorant, in vitro, la captation du glucose à partir d’hydrolysats de protéines de soya et de saumon. Ainsi, l’objectif principal de cette thèse était de concentrer et d’identifier des peptides bioactifs par le fractionnement d’un hydrolysat de protéines issu d’un coproduit de saumon iv par l’électrodialyse avec membranes d’ultrafiltration, et d’étudier l’impact de ces fractions et peptides sur le DT2. Lors de la première étude, il a été démontré qu’un empilement judicieux de membranes permettait de fractionner les peptides issus d’un hydrolysat de coproduit de saumon, en générant des fractions possédant des peptides avec des propriétés physico-chimiques (charge et masse) différentes. De plus, cet empilement de trois membranes d’ultrafiltration de seuils de coupure différents a permis de moduler la réponse in vitro de la captation du glucose. En effet, des peptides cationiques de plus haut poids moléculaire ont amélioré la captation du glucose dans une étude in vitro, alors que les peptides cationiques de plus faible poids moléculaire ont démontré un effet inhibiteur de la bioactivité. Finalement, l’analyse par spectrométrie de masse des fractions a permis de caractériser (temps de rétention et charge) 17 peptides cationiques et 21 peptides anioniques, potentiellement responsables de l’effet bioactif des fractions. Lors de la deuxième étude, le fractionnement par EDUF des fractions finales récupérées lors de la précédente séparation et l’étude in vitro de la bioactivité de ces fractions (captation du glucose, production du glucose hépatique et inflammation) ont permis d’identifier deux fractions très prometteuses, démontrant un effet sur ces trois bioactivités. De plus, l’analyse par spectrométrie de masse en tandem de ces fractions a permis d’identifier, à l’aide de base de données, la séquence peptidique de 24 peptides anioniques, potentiellement responsables de ces effets bioactifs. Finalement, lors de la troisième étude, basées sur l’analyse des spectres obtenus par spectrométrie de masse en tandem, 13 peptides ont été sélectionnés et synthétisés, puis testés individuellement pour leurs capacités à augmenter l’absorption du glucose au niveau de cellules musculaires, à diminuer la production de glucose hépatique et finalement à diminuer la réponse inflammatoire de macrophages. Ainsi, pour la première fois, quatre nouveaux peptides ont été identifiés à partir de coproduits de saumon, et leurs propriétés glucorégulatrices in vitro ont été démontrées. / Type 2 diabetes (T2DM) is a complex multifactorial disorder of glucose homeostasis. This disease has a genetic basis but is mainly caused by socio-environmental behaviours, such as overeating and a lack of physical activity. Despite dietary measures and medical treatments used to prevent and treat the disease, T2D continues to progress. The identification and production of bioactive peptides from natural sources offer an interesting alternative to synthetic drugs, whose concerns about side effects are constantly increasing. Thus, because of their abundance and richness in bioactive molecules, fish processing co-products offer an almost inexhaustible source of bioactive peptides. Indeed, in previous studies, cod and salmon proteins have been shown to improve cardio-metabolic health in in vivo studies, and to improve muscle glucose uptake, decrease hepatic glucose production, and inflammation. In addition, with a growing number of people to feed, the processing industry is at its height, and waste continues to accumulate. Nevertheless, in order to exert their bioactive effect, it is necessary to release these bioactive peptides from native proteins. Subsequently, one or more separation, using for example electrodialysis with ultrafiltration membranes, are needed to concentrate these peptides and generate bioactive fractions. Indeed, it was previously demonstrated the effectiveness of electrodialysis with ultrafiltration membranes to generate bioactive fractions, from complex matrices, able to improve the glucose uptake in vitro, from soy and salmon protein hydrolysates. In this context, the main objective of this thesis was to concentrate and identify bioactive peptides, by fractionating a protein hydrolysate from a salmon co-product, by electrodialysis with ultrafiltration membranes, and to study the impact of these fractions and peptides on T2D. In the first study, results demonstrated that a triple size selective separation by EDUF allowed to generate peptide fractions with different physicochemical properties (charge and mass). Moreover, it was demonstrated that such a separation allowed to modulate the in vitro response of the fractions for glucose metabolism. Indeed, from a single EDUF separation, cationic peptides with higher molecular weights were concentrated and demonstrated to enhance their glucose uptake capacity. Whereas, cationic peptides with lower molecular weights have decreased the glucose uptake capacity. In addition, analyses by mass spectrometry of the vi fractions allowed to characterize (retention time and charge) 17 cationic peptides and 21 anionic peptides, potentially responsible for the bioactive effect of the fractions. In a second study, a second EDUF fractionation, using as feed solution the final fractions recovered during the previous separation was performed. The selectivity of the process was confirmed by liquid chromatography-mass spectrometry analyses. Moreover, in vitro study of the bioactivities (glucose uptake, hepatic glucose production and inflammation) effect of these fractions, led to the identification of two very promising fractions, demonstrating a simultaneous effect on all three bioactivities tested. In addition, the tandem mass spectrometry analysis of these fractions allowed the sequence identification of 24 anionic peptides, potentially responsible for these bioactive effects. Finally, in a third study, based on the analysis of the spectra obtained by tandem mass spectrometry, 13 peptides were selected and synthesized, then individually tested for their ability to increase glucose uptake in muscle cells, to reduce glucose production by hepatic cells, and to decrease the inflammatory response of macrophages. Thus, for the first time, four new peptides identified from salmon by-products, demonstrated in vitro glucoregulatory properties.

La valorisation des co-produits de poisson est un enjeu économique et environnemental. Depuis plusieurs années, des recherches ont montré que les co-produits de poisson contenaient des molécules actives pour la santé humaine comme des acides gras polyinsaturés et des peptides bioactifs. L’objectif principal de cette thèse était d’évaluer l’utilisation potentielle d’hydrolysats de laitance de hareng pour l’amélioration de la santé humaine, spécifiquement en agissant positivement sur certaines fonctions physiologiques associées au syndrome métabolique, et l’effet de leur séparation par électrodialyse avec membranes d’ultrafiltration (EDUF) sur la production de fractions bioactives. Dans un premier temps, il a été démontré qu’une supplémentation avec différents hydrolysats de laitance de hareng d’une diète riche en gras et en sucre chez des souris permettait de moduler certains paramètres physiologiques impliqués dans le développement du syndrome métaboliques (MetS) : amélioration de la tolérance au glucose, augmentation de l’apport énergétique total et protection de la population de Lactobacillus dans le microbiote intestinal. De plus, les hydrolysats ont aussi montré des activités antiinflammatoires in vitro à des concentrations de 1ng/ml et 100pg/ml. Dans un second temps, la faisabilité d’une séparation par EDUF de deux hydrolysats de laitance de hareng différents a été évaluée : le premier plus complexe était un mélange de molécules (lipides, acides nucléiques, peptides, acides aminés libres), alors que le second était principalement composé de peptides et d’acides aminés libres. Une nouvelle configuration utilisant quatre membranes d’ultrafiltrations (deux de 50kDa et deux de 20kDa) a permis un double fractionnement simultané des composés anioniques et cationiques en seulement une étape. Il a d’abord été montré que seuls les peptides chargés ainsi que les acides aminés libres pouvaient être séparés par EDUF alors que les lipides et les acides nucléiques ne migraient pas dans les fractions de récupérations. De plus, l’utilisation de membranes présentant deux tailles de pores distinctes a permis le fractionnement des hydrolysats en différentes classes de poids moléculaires. En effet, l’utilisation de membranes de 20kDa a permis la concentration de peptides de faibles poids moléculaires (< 600Da) et IV d’acides aminés libres, alors que les populations peptidiques des fractions obtenues avec les membranes de 50kDa présentaient des poids moléculaires supérieurs et plus variés. Dans un troisième temps, les bioactivités des fractions de récupérations et des hydrolysats de laitance de hareng ont été évaluées in vitro. Ainsi, la séparation du premier hydrolysat a permis l’obtention d’une fraction finale stimulant la captation du glucose in vitro et d’une fraction anionique antioxydante. Le fractionnement du second hydrolysat a permis quant à lui la production de deux fractions cationiques anti-inflammatoires ainsi que l’identification subséquente de deux séquences peptidiques bioactives. L’ensemble de cette thèse a donc démontré que les hydrolysats de laitance de hareng contenaient des composés actifs, comme des acides gras polyinsaturés et des peptides, modulant positivement certains paramètres physiologiques impliqués dans le MetS et pouvant ainsi permettre la diminution de son occurrence. De plus, la séparation des hydrolysats par EDUF a permis la production de fractions bioactives ainsi que l’identification de deux nouvelles séquences peptidiques anti-inflammatoires (IVPAS et FDKPVSPLL). Ces travaux ont démontré l’effet bénéfique pour la santé humaine des hydrolysats de laitance de hareng et de ses fractions, permettant d’envisager une valorisation plus efficace de ces coproduits de poisson par les industries de transformation dans les secteurs liés à la santé humaine. / Fish by-product valorization is an economic and environmental issue. For several years, scientific researches have shown that fish by-products contained active molecules for human health, as polyunsaturated fatty acids and peptides. The aim of this thesis was to evaluate the potential use of herring milt hydrolysates for human health, especially by evaluating their potential actions in physiological parameters involved in the metabolic syndrome and the effect of their separation by electrodialysis with ultrafiltration membrane (EDUF) for the production of bioactive fractions. First, we have demonstrated that the supplementation of three different herring milt hydrolysates in a high fat high sucrose diet in mice was able to modulate some physiological functions involved in the metabolic syndrome: improvement of glucose tolerance, increase of the total energy intake and protection against the Lactobacillus disappearance in the gut microbiota. Moreover, the hydrolysates decreased the inflammation induction in macrophages stimulated with LPS at 1ng/ml and 100pg/ml. Secondly, we have evaluated the separation of two herring milt hydrolysates by EDUF: the first one was more complex with a mix of different molecules (lipids, nucleic acids and peptides) while the second one was mainly composed of peptides. A new configuration using four ultrafiltration membranes (two of 50kDa and two of 20kDa) allowed a simultaneous double separation of anionic and cationic compounds. It has been shown that only charged peptides and free amino acids were fractionated in EDUF, while the lipids and nucleic acids didn’t migrate to the recovery fractions. Moreover, the use of membranes with different cut-off allowed a separation of the hydrolysates in different molecular weight ranges. Indeed, the use of 20kDa membranes allowed the concentration of peptides with small molecular weights (<800Da) and free amino acids, while the recovery fractions obtained with the 50kDa membranes were composed oh peptide with higher molecular weights.Thirdly, the potential bioactivities of the recovery fractions and the herring milthydrolysates were evaluated in vitro. Hence, the separation of the first hydrolysate allowed the production of a final fraction increasing the glucose uptake and an antioxidant anionicfraction. While the separation of the second hydrolysate allowed the production of two antiinflammatory cationic fractions as well as the identification of two bioactive peptides sequences. All these results showed that milt herring hydrolysate contained bioactive compounds such as polyunsaturated fatty acids and peptides, improving some physiological functions involved in the MetS and may decrease its occurrence. More over, the separation of the hydrolysates by EDUF allowed the production of bioactive fractions and the identification of two new anti-inflammatory peptide sequences. This work demonstrated the existence of a beneficial effect of herring milt hydrolysate and its fractions for the human health, allowing a better valorization of this by-product of the food industry for the health sector.

L'hypertension artérielle est l'un des principaux facteurs de risque de syndrome cardiométabolique. En outre, l'inflammation chronique de bas grade joue également un rôle important dans la pathogenèse du syndrome. Il existe un lien entre l'apparition de la résistance à l 'insuline et l'hypertension qui peut initier le diabète de type 2 et l'obésité. Des peptides bioactifs terrestres et marins, des biomolécules de poissons en particulier, ont démontré des effets immunomodulateurs puissants ainsi que des effets hypotenseurs potentiels dans le traitement de ces facteurs de risque et de leurs complications associées. Notre hypothèse était que les fractions d'hydrolysat protéique de maquereau de l’Atlantique (Scromber scombrus) possèdent une activité biologique bénéfique sur l'hypertension. Le but de notre travail était de fractionner et d'identifier des peptides antihypertenseurs, immunomodulateurs et antiMetS basés sur diverses caractéristiques moléculaires de charge, de polarité et de taille. Les fractions ont été produites en utilisant la technique d'extraction en phase solide chromatographique (SPE), l'ultrafiltration baromembranaire (UF) et l'électrodialyse conditions expérimentales étaient l’utilisation des pH avec membrane UF (EDUF). Les 3, 6, 9, et des membranes de seuils de coupure (MWCO) de < 20 kDa pour l’EDUF et de MWCO de < 1 kDa pour l’UF. Selon nos résultats, parmi toutes les fractions hydrophobes obtenues par SPE il y avait une fraction ayant un effet antihypertenseur important, de 5 µg, et possédant des peptides antidémontrant une inhibition de 50% à une quantité inflammatoires, ayant une inhibition de 17% à une quantité de 10 µg de protéines. Par rapport au témoin négatif (Lipopolysaccharide) les peptides anioniques et cationiques des fractions d’EDUF à pH3 ainsi que l'hydrolysat de maquereau ont démontré des effets pro antiACE et anti-- inflammatoires significatifs jusqu'à 27%. La fraction inflammatoire la plus puissante était riche en acides aminés à chaîne latérale ramifiée et hydrophobe mais avait moins d’acides aminés chargés par rapport aux fractions proinflammatoires EDUF. Toutes les séquences possibles identifiées dans cette fraction sont courtes et ont des valeurs GRAVY positives. Cependant, l'hydrolysat et la fraction positivement du pH3 n'ont pas exercé d'effet antichargée MetS significatif chez les souris nourries au régime hypercalorique. En conclusion, la polarité et la charge de la fraction du maquereau de l’Atlantique sont les facteurs les plus importants pour l' immunomodulation et l'activité hypotensive des peptides. De plus, ces facteurs n'étaient pas suffisants pour réguler les déficiences métaboliques chez les souris obèses et résistantes à l'insuline induites par le régime alimentaire. Par conséquent, la compréhension du mécanisme d'action et la caractérisation approfondie des fractions bioactives seraient nécessaires pour une conclusion définitive et une application clinique du matériel. / While, on the one hand, high blood pressure is one of the main risk factors of cardiometabolic syndrome, on the other hand, chronic low-grade inflammation similarly plays a significant role in the pathogenesis of the syndrome. Moreover, there is a link between the occurrence of insulin resistance and hypertension consequently initiating type 2 diabetes and obesity. Interestingly, terrestrial, and marine bioactive peptides, in particular fish biomolecules, have been reported as potent immunomodulators and or hypotensive material in the treatment of these risk factors and associated complications. Hence, our hypothesis was that Atlantic mackerel (Scomber scombrus) protein hydrolysate fractions possess beneficial biological activity on hypertension, inflammation, and other Metabolic Syndrome (MetS) factors. The aim of our work was to fractionate and identify antihypertensive, immunomodulating and anti-MetS peptides based on various molecule characteristics of charge, polarity, and size. Fractions were produced using chromatographic Solid Phase Extraction technique (SPE), pressure driven-Ultra Filtration (UF) and Electrodialysis with UF membrane (EDUF) under experimental conditions of pH 3, 6 and 9 with MWCO of < 1 kDa and < 20 kDa, respectively. According to the results of our in-vitro analysis the highly hydrophobic fraction of SPE was a potent antihypertensive, 50% inhibition at 5 µg, and anti-inflammatory product, 17% inhibition at 10 µg of protein, among all. Furthermore, in comparison to the negative control (Lipopolysaccharide), anionic and cationic peptides of pH3 EDUF as well as mackerel hydrolysate demonstrated significant pro-inflammatory effects up to 27%. The most potent anti-ACE and anti-inflammatory fraction was rather branched chain and hydrophobic amino acid rich with lesser charged amino acids compared to the EDUF pro-inflammatory fractions. All the identified possible sequences of the same fraction had rather small molecular mass with positive GRAVY values. Selected material, the hydrolysate and positively charged fraction of pH3, however, did not exert any significant anti-MetS effect in hypercaloric diet fed obese insulin resistant rats. In conclusion, polarity and charge of a fraction were the most important factors for immunomodulation and hypotensive activity of Atlantic mackerel peptides. Nevertheless, those factors were not sufficient enough to regulate metabolic impairments in diet-induced obese and insulin resistant rats. Accordingly, understanding the mechanism of action and thorough characterization of bioactive fractions would be required for a definite conclusion and clinical application of the material.

Les graines de lin sont des oléagineux largement cultivés au Canada. Cependant, les résidus générés suite au processus d’extraction de l’huile contiennent une importante quantité de protéines et peuvent être valorisées dans l’alimentation humaine en raison, principalement, de certaines fractions peptidiques possédant des propriétés bioactives. Dans le cadre de ce travail, l’influence des hautes pressions hydrostatiques (HPH) sur un isolat de protéines de lin a été étudiée concernant les modifications de la structure protéique, l’hydrolyse enzymatique ainsi que l’activité antioxydante des hydrolysats. Ainsi, des solutions protéiques de lin (1% m/v) ont été soumises à un traitement de HPH à 600 MPa pendant 5 et 20 minutes, à 20°C et comparés à des échantillons non-pressurisés. Deux traitements subséquents d’hydrolyse ont été effectués suite au traitement ou non de pressurisation : une première hydrolyse trypsique suivie d’une deuxième par la pronase. Dans un premier temps, la caractérisation de l’isolat protéique de lin pressurisé et non pressurisé a été réalisée par spectrofluorimétrie et par une analyse de la taille des particules afin d’étudier l’effet de la pressurisation sur les HPH la matrice protéique végétale. Par la suite, les hydrolysats protéiques ont été caractérisés par HPLC-MS et leur capacité antioxydante a été déterminée par ORAC. Les résultats ont démontré que le niveau de pressurisation et la durée du traitement ont un impact sur la structure protéique en induisant la dissociation des protéines, et la formation d’agrégats. Ceux-ci seraient occasionnés par la décompression ou créés durant l’entreposage des isolats. Suite à l’hydrolyse enzymatique des solutions protéiques pressurisées ou non par la trypsine seule et par la trypsine-pronase, les analyses chromatographiques ont révélé que la concentration de certains peptides a été modifiée lorsque la trypsine seule était utilisée après un traitement à HPH. Enfin, les HPH ont amélioré la capacité antioxydante des hydrolysats obtenus lors de l’hydrolyse trypsine-pronase comparativement au contrôle non-pressurisé. / Flaxseed is an oilseed widely cultivated in Canada. However, residues generated after oil extraction contains large amount of proteins and then can be much-valued in human diet due to its bioactive peptide fractions. The influence of high hydrostatic pressure (HHP) on flaxseed protein isolate was studied especially in terms of protein structures, enzymatic hydrolysis and final hydrolysate antioxidant activity. Flaxseed protein solutions (1% w/v) were subjected first to 600 MPa HHP treatments during 5 and 20 minutes at 20°C and were compared to non-pressurized samples. Two subsequent hydrolysis treatments were performed on pressure or non-pressure treated samples: tryptic hydrolysis was carried out and another hydrolysis was performed using pronase on tryptic hydrolysates. Firstly, the characterization of treated and untreated flaxseed protein isolates was done by spectrofluorometric and particle size analyses. Thereafter, flaxseed hydrolysates were analyzed by HPLC-MS and antioxidant capacity by ORAC. These results demonstrated that the pressurizing level and duration had an impact on proteins structure, inducing the dissociation of protein leading subsequently to aggregates. These aggregates were formed by decompression or during further storage. After enzymatic hydrolysis of pressurized or non-pressurized samples by trypsin and trypsin-pronase, chromatographic analyses showed that HHP treatments modified the concentration of certain peptides of the tryptic hydrolysates only. Finally, HHP increases antioxidant capacity (ORAC) of final trysin-pronase hydrolysates when compared to a control.