La luzerne est la plante la plus cultivée dans le monde et est une excellente source de protéines. Cependant, la RuBisCO a montré le plus d'intérêt. Cette protéine a été étiquetée comme la protéine la plus abondante sur terre, elle constitue environ 65% (p/p) des protéines solubles de la luzerne. Dans ce travail une nouvelle méthode a été mise en place pour la purification de la RuBisCO à partir de la poudre de luzerne 10% (p/v) en utilisant deux solvants différents et l’effet du pH. Premièrement, des méthodes d’analyse qualitative et quantitative ont été utilisées pour confirmer l’efficacité de la méthode de purification qui pourrait remplacer certains procédés industriels classiques. Puis, une hydrolyse pepsique a été réalisée sur la RuBisCO purifiée qui aboutit à une forte population peptidique bioactive. Les peptides finaux de 24h d’hydrolyse ont montré une meilleure activité antibactérienne ou antioxydante par rapport aux autres hydrolysats. 9 nouveaux peptides antibactériens ont été identifiés et caractérisés par SM et qui ont un CMI entre 2-6mM contre quatre espèces de bactéries: B subtilis, E coli, L innocua et M luteus. En plus, des fractions peptidiques antioxydantes ont également été identifiées dans ce travail. Et leur activité antioxydante a été évaluée par différents tests in vitro et in vivo sur l’huile de Colza. Enfin, l’addition du peptide RDRFL issu de l’hydrolyse pepsique de la RuBisCO a montré un effet positif sur la prolongation de la durée de conservation de la viande hachée et de la purée de tomate. / Alfalfa is an excellent source of protein. However, RuBisCO proteins showed most interest. Indeed, this protein has been labelled the most abundant on earth; it constitutes about 65% (w/w) of soluble leaf protein of Alfalfa. In this work, a new method was introduced for the purification of RuBisCO from alfalfa powder 10% (w /v), using two different solvents and pH effect. In a first step, the performance of the proposed RuBisCO recovery method was evaluated through qualitative and quantitative analysis and the results obtained showed that this new method could replace some conventional industrial processes. In a second step, enzymatic hydrolysis was carried out on the purified RuBisCO, which resulted in a large bioactive peptide population. The final peptides after 24h of hydrolysis showed better antibacterial or antioxidant activity compared to the other peptide hydrolysates. Nine new antibacterial peptides have been identified and characterized by MS and have a MIC of 2-6 mM against four species of bacteria: B subtilis, E coli, L innocua and M luteus. In addition, antioxidants peptide fractions were identified in this work, their antioxidant activity was evaluated by various in vitro and in vivo tests on oil of Colza. Finally, the addition of peptide RDRFL derived from the peptic hydrolysis of RuBisCO has a positive effect on the prolongation of the shelf life of minced meat and of tomato puree.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2009. / Titre de l'écran-titre (visionné le 25 mars 2009). Bibliogr.

Pour répondre aux attentes des consommateurs, l'industrie agro-alimentaire mise sur l'innovation qui reste le vecteur principal de croissance et de différenciation des entreprises. Celles-ci sont en permanence à la recherche de nouveaux ingrédients. Elles visent ainsi la production d'aliments innovants dotés de structures complexes, dont les émulsions font partie. Ces dernières sont d’ailleurs largement répandues dans le domaine de l’agro-alimentaire. Cependant, au cours de leur fabrication ou de leur stockage, ces émulsions sont soumises à des phénomènes concomitants de déstabilisation et d’oxydation, palliés par la présence d’additifs le plus souvent d’origine chimique. Or, les consommateurs recherchent désormais des produits alimentaires contenant des substances naturelles, voire exempts d’additifs (clean label). La recherche de nouveaux ingrédients d'origine naturelle est donc un défi majeur pour les industriels de l’agro-alimentaire, et suscite un intérêt croissant. Les pistes explorées sont nombreuses, et parmi celles-ci, la réaction de glycation ou réaction de Maillard (RM) appliquée à des protéines ou des mélanges peptidiques. En effet, la RM peut s’avérer potentiellement intéressante pour renforcer la capacité antioxydante et/ou les propriétés technofonctionnelles, dont les propriétés émulsifiantes, de substrats protéiques. Dans ce contexte, nous avons cherché à optimiser les propriétés émulsifiantes et antioxydantes de deux substrats protéiques par la RM en conditions contrôlées et en présence de différents glucides. Du caséinate de sodium et un hydrolysat de coproduits de crevette ont été choisis. Le premier substrat est utilisé comme protéine de référence, car il est couramment employé dans l’industrie comme agent émulsifiant, et le second est étudié dans l’optique d’une valorisation des co-produits de la pêche. En effet, l'hydrolyse enzymatique constitue une approche d'un intérêt stratégique majeur pour réhabiliter la fraction protéique des coproduits marins. Nous avons réalisé des RM entre l’hydrolysat de crevette et trois concentrations différentes de xylose. Nous avons ainsi montré que l’augmentation de la concentration en xylose entraîne une diminution logarithmique du nombre de fonctions aminées restantes après RM. Ceci indique que la concentration en xylose initialement utilisée était limitante. Des analyses chromatographiques montrent que l’utilisation de concentrations plus importantes en xylose semble privilégier l’apparition de composés aromatiques de faible poids moléculaire(< 250 Da). Par ailleurs, l’augmentation de la concentration en xylose lors de la RM avec l’hydrolysat de crevette modifie les propriétés rhéologiques des émulsions à 0,5 % et pH 7. Enfin, la capacité antioxydante des hydrolysats de crevette issus de la RM augmente lorsque la concentration en xylose utilisée est croissante dans le milieu réactionnel. En conclusion, notre étude a permis de produire, à partir de deux substrats protéiques modifiés par RM en conditions contrôlées à 50°C, des ingrédients potentiellement bifonctionnels, montrant à la fois des propriétés émulsifiantes et antioxydantes. / No

L’extrusion biocatalytique, ou bioextrusion, est une technique d’extrusion réactive utilisant des enzymes comme catalyseurs. Cette technique est considérée en temps qu’étape intermédiaire, subséquente au prétraitement physico-chimique et précédente à l’hydrolyse enzymatique enréacteur fermé. L’utilisation de l’extrusion permet un procédé continu, facilement modulable et adaptable à des conditions de hautes consistances, de nombreuses biomasses et facilement transférable à l’échelle industrielle. Néanmoins, les données bibliographiques font ressortir la complexité des entrants et leurs interactions lors de la bioextrusion de biomasses lignocellulosiques. Les conclusions des bioextrusions de biomasses amidonnées soulignent l’importance de l’étude de l’influence de la concentration en substrat et en enzymes. Les résultats obtenus à partir de la bioextrusion des biomasses lignocellulosiques valident l’existence d’une activité enzymatique en extrudeuse malgré la contrainte thermomécanique et le temps de séjour limité. Lors de cette étape, l’hydrolyse de la fraction cellulosique est favorisée pour des milieux concentrés en substrat et en enzymes. Des modifications significatives des fractions cellulosiques cristallines et amorphes en surface, des réductions des tailles de particules, une dégradation visuelle des structures de la biomasse et l’augmentation de la sensibilité à la décomposition thermique, sont aussi observées sur la fraction solide. L’hydrolyse enzymatique des bioextrudats est prolongée en réacteur fermé. La bioextrusion permet des améliorations significatives des taux et vitesses de conversion des sucres sur le long terme, jusqu’à 48 h. Les gains observés sont relativement constants pour la paille de blé et augmentent avec le temps pour les écorces de bouleau et les résidus de maïs. Post-extrusion, la concentration en substrat influence négativement la conversion des sucres. Cependant, les plus-values de conversion du glucose lié à la bioextrusion de paille de blé sont principalement observables pour des concentrations en substrat et en enzymes élevées. À partir de 4 h, des baisses significatives de la conversion du xylose sont observées après bioextrusion. Les déstructurations de la fraction solide, déjà observées au cours la bioextrusion, se poursuivent en réacteur fermé. Les meilleurs résultats hydrolytiques aux niveaux des hautes charges en enzymes et en substrat sont associables aux bonnes conditions de mélanges caractéristiques des éléments bilobes. L’ensemble enzymatique est probablement réparti de façon plus homogène (mélange distributif) pour cibler plus de sites disponibles. De plus, le mélangé dispersif limite la proximité entre enzymes de même type et les gênes associées. Le procédé d’extrusion permet une agitation efficace, un bon transfert de masse et probablement un meilleur contact entre enzymes et substrat. Les moins bons résultats de conversion du xylose sont probablement à relier à des phénomènes d’adsorption non-spécifique, ou encore de désactivation des hémicellulases, provoqués par l’intensité des contraintes thermomécaniques et les résidus ligneux. Les bons résultats de déstructuration après bioextrusionsont associables à une action synergétique des contraintes mécanique et biochimique. Les analyses d’autofluorescence montrent l’évolution de la fraction ligneuse dans le processus de déconstruction de la fraction solide. Une production progressive de particules très fines,visiblement associée à la fraction ligneuse, est observée. Des complexes lignine-carbohydratessont aussi détectés dans la fraction liquide. Etant peu, voire pas hydrolysable par voie enzymatique, ces fractions hétéropolymériques sont un frein à la déconstruction. Si la déstructuration des lignines est probablement majoritairement liée au prétraitement alcalin, le procédé de bioextrusion provoque une diminution de la teneur en hétéropolymères de plus hautes masses moléculaires.

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.

L’huile d’argousier (Hippophaё Rhamnoides L.) présente un grand intérêt thérapeutique à cause de ses propriétés médicinales. Trois types d’huiles de différente composition sont extraits du fruit: celles de la pulpe, des grains et de la pelure. Plusieurs méthodes d’extraction, notamment celle par solvant ou par fluides supercritiques, peuvent être utilisées. Cependant, la méthode d’extraction employant des enzymes, qui a montré des bons résultats pour extraire des huiles de différents fruits et légumes, a été très peu utilisée pour l’obtention de l’huile d’argousier. Dans ce travail, trois hydrolases capables d’hydrolyser la paroi cellulaire de la pulpe et des grains, ont été choisies pour l’extraction d’huile d’argousier (cv. Indian Summer). Le rendement d’extraction a été comparé à celui obtenu par l’extraction avec chloroforme-méthanol, utilisée comme méthode de référence. Pour l’huile de la pulpe, les résultats obtenus avec les enzymes commerciales Viscozyme L et Pectinex Ultra SP-L ont montré de meilleurs rendements, 22,64 ± 0,3 % et 19,23 ± 0,3 % respectivement à pH 4,0. Les grains-pelure ont été sujets à l’extraction avec deux mélanges d’enzymes, Celluclast-Pectinex Ultra SP-L et Celluclast-Viscozyme, comparés à un témoin (sans enzymes) en présence et absence d’hexane. Il s’est avéré que les deux mélanges d’enzymes donnent des résultats similaires. Une augmentation d’environ 28,0 % d’huile des grains-pelure a été obtenue en présence d’enzymes en comparaison à l’extraction témoin utilisant l’hexane. La composition des huiles obtenues par les différentes techniques n’a pas présenté des différences significatives pour un même type d’huile. L’huile de pulpe est caractérisée par des teneurs élevées en acides palmitique (36,3%), palmitoléique (40%), et faibles teneurs en acides oléique (4,61%) et linoléique (9,78%), alors que l’huile des grains-pelure (huile mixte) exhibe des teneurs relativement élevées en acides palmitique (20,6%), palmitoléique (20,0%), linoléique (22,97%) et linolénique (20,83%). L’analyse de triglycérides corrobore bien les résultats des acides gras. / Sea buckthorn oils (Hippophaё Rhamnoides L.) have therapeutic interest due to their medicinal properties. Three oil types of different composition can be extracted from the fruit: soft parts (pulp, peel) and seeds. There are many extraction methods such as those with solvents or supercritical fluids that have been successfully used for sea buckthorn. However, the use of enzymes for extraction of sea buckthorn oils has not been studied yet, although this method has shown good results for other fruits and vegetables. In this study, three hydrolases capable to hydrolyze the pulp and seed cell walls have been chosen to extract sea buckthorn oils (cv. Indian Summer). The extraction performance was compared to those obtained with the extraction with chloroform-methanol, used as a reference method. Results obtained for pulp oil extraction with commercial enzymes Viscozyme L and Pectinex Ultra SP-L, showed the best yields of 22,64± 0,03% and 19,23±0,03%, respectively, at pH 4.0. The seed-peel oil was extracted with two enzymes mixtures, Celluclast-Pectinex Ultra SP-L and Celluclast-Viscozyme, and compared to the control, which was an extraction in presence or absence of hexane. Both enzyme mixtures showed similar results in terms of extraction yield. An approximate increase of 28.0 % of seed-peel oils were obtained when using enzymes compared to the control extraction. The oil composition obtained using the above techniques do not present significant differences with literature values for each type of oil. Pulp oil was characterized by high contents of palmitic acid (36.3%), palmitoleic acid (40%), and low contents of oleic (4.61%) and linoleic (9.78%) acids, whereas, the seed – peel oil (a mixed oil) contained moderate amounts of palmitic (20.6%), palmitoleic (20.0%), linoleic (22.97%) and linoleic (20.83%) acids. The triglyceride analysis corroborated the fatty acids results.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre de la valorisation des co-produits issus des industries de transformation et de conserve de thon. Il porte sur la mise en oeuvre de l'hydrolyse enzymatique et des procédés de séparation membranaires en vue d'obtenir des composés d'intérêt comme les peptides et les acides aminés. Les techniques utilisées dans ce travail font partie des « technologie propre », visant une dépense énergétique et un investissement modérés. L'hydrolyse enzymatique a été menée pour identifier l'efficacité des enzymes sur la matrice afin de déterminer les conditions optimales d'hydrolyse en utilisant la méthodologie des plans d'expériences avec pour objectif l'enrichissement de la phase soluble en peptides de petite taille dotés d'activités biologiques intéressantes. Le fractionnement par la taille par ultrafiltration et Nanofiltration a été utilisé comme un procédé pour agir sur la distribution de la taille moléculaire de la population peptidique et sur les propriétés d'hydrolysat produit. Tout d'abord, un fractionnement à petite échelle a été réalisé avec des membranes de différents seuils de coupure et de différentes natures (organique et inorganique) afin de sélectionner la meilleure membrane répondant à notre objectif.Ensuite une étude d'optimisation des conditions opératoire a été réalisée pour les deux étapes de fractionnement UF et NF de manière à déterminer les meilleures conditions séparatives en utilisant un hydrolysat commercial. La validation du procédé de fractionnement en utilisant l'hydrolysat des co-produits de thon a été effectuée. Durant cette étude, différents modes de fractionnement utilisant différentes combinaisons d'UF et NFont été testés pour déterminer le meilleur procédé permettant la récupération du maximum de fractions peptidiques intéressantes. L'originalité de ce travail de thèse réside d'une part, dans l'enrichissement de l'hydrolysat des co-produit de thon en composés valorisables comme les acides aminés essentiels ainsi que les peptides dotés de valeur ajoutée et d'autre part, la mise en place d'un procédé de fractionnement pour la récupération des différentes fractions afin de mettre en évidence la conception d'un bioréacteurs enzymatique couplé à la technique membranaire. / This work is performed in the framework of up-grading of tuna by-products generated from processing and conditioning industries. The enzymatic hydrolysis combined with membrane separation processes in order to obtain the fraction of interest peptides and amino acids was studied. The optimal conditions during enzymatic hydrolysis were determined using the methodology of design of experiments in order to enrich the soluble phase in small peptides with interesting biological activities. The fractionation by Ultrafiltration and Nanofiltration following a suitable combination was studied. For this, firstly, a small-scale fractionation was performed with membranes of different cut-off and different natures (organic and inorganic) to select the best membrane processes combination and to optimize the used conditions. Then, a validation study of the fractionation using the hydrolysate of tuna by-products produced during was performed. In this study, different modes of fractionation combination of concentration and diafiltration steps were tested to determine the best method for the recovery of large quantities of interesting peptide fractions. The originality of this PhD work is the enrichment of the tuna by-products hydrolysate with valuable compounds such as essential amino acids and peptides with a high biological activity.

Dans le contexte énergétique actuel où le développement de carburant alternatif devient un enjeu majeur pour la recherche, ce travail se propose de développer un modèle cinétique prédictif de l'hydrolyse enzymatique de la cellulose qui représente une des étapes limitantes du procédés de production d'éthanol à partir de biomasse par voie biochimique. Pour mieux comprendre les mécanismes réactionnels mis en jeu, une approche expérimentale a été choisi, avec d'une part la caractérisation cinétique des enzymes impliquées dans la réaction d'hydrolyse et d'autres part le suivi de l'évolution des propriétés structurales et de la réactivité du substrat. L'étude de la réactivité des enzymes pures et en mélange a permis de montrer que le cocktail réel sécrété par Trichoderma reesei peut être représenté par un mélange de quatre enzymes majoritaires. Puis, la caractérisation multi-échelle de substrats partiellement hydrolysés a permis de mettre en évidence le mécanisme d'érosion des particules par les enzymes. Le modèle cinétique développé, prenant en compte la réactivité des enzymes pures, les phénomènes de synergies et une description du substrat a permis d'expliquer les résultats obtenus en cinétique initiale. Cependant, l'introduction des phénomènes de perte de réactivité du substrat et de désactivation des enzymes ont dus être introduit pour améliorer la prédiction du modèle en cinétique globale. / In the worldwide energetic context, developing new carburant is an important topic for researchers. The enzymatic hydrolysis of cellulose is still considered as a main limiting step of the biological production of biofuels from lignocellulosic biomass. In order to better understand mechanisms involved in this reaction, an experimental study have been performed. On the one hand; kinetic parameters of enzymes used during the enzymatic hydrolysis have been determined and on the other hand, we have studied the evolution of substrates morphology and reactivity during the reaction. Pure enzymes and mix of enzymes have been studied and we demonstrate that the entire cocktail secreted by Trichoderma reesei can be described by a mix of four main enzymes. Then, structural characterization of partially hydrolysed substrate have shown that cellulosic particles are eroded by enzymes. The developed kinetic model considering the intrinsic reactivity of each enzymes, the synergy between enzymes and a substrate description allows a good description of the initial stage of the reaction. However, the substrate reactivity loss and the enzyme deactivation had been introduced to have a good description of the entire reaction.

L’extrusion biocatalytique, ou bioextrusion, est une technique d’extrusion réactive utilisant des enzymes comme catalyseurs. Cette technique est considérée en temps qu’étape intermédiaire, subséquente au prétraitement physico-chimique et précédente à l’hydrolyse enzymatique enréacteur fermé. L’utilisation de l’extrusion permet un procédé continu, facilement modulable et adaptable à des conditions de hautes consistances, de nombreuses biomasses et facilement transférable à l’échelle industrielle. Néanmoins, les données bibliographiques font ressortir la complexité des entrants et leurs interactions lors de la bioextrusion de biomasses lignocellulosiques. Les conclusions des bioextrusions de biomasses amidonnées soulignent l’importance de l’étude de l’influence de la concentration en substrat et en enzymes. Les résultats obtenus à partir de la bioextrusion des biomasses lignocellulosiques valident l’existence d’une activité enzymatique en extrudeuse malgré la contrainte thermomécanique et le temps de séjour limité. Lors de cette étape, l’hydrolyse de la fraction cellulosique est favorisée pour des milieux concentrés en substrat et en enzymes. Des modifications significatives des fractions cellulosiques cristallines et amorphes en surface, des réductions des tailles de particules, une dégradation visuelle des structures de la biomasse et l’augmentation de la sensibilité à la décomposition thermique, sont aussi observées sur la fraction solide. L’hydrolyse enzymatique des bioextrudats est prolongée en réacteur fermé. La bioextrusion permet des améliorations significatives des taux et vitesses de conversion des sucres sur le long terme, jusqu’à 48 h. Les gains observés sont relativement constants pour la paille de blé et augmentent avec le temps pour les écorces de bouleau et les résidus de maïs. Post-extrusion, la concentration en substrat influence négativement la conversion des sucres. Cependant, les plus-values de conversion du glucose lié à la bioextrusion de paille de blé sont principalement observables pour des concentrations en substrat et en enzymes élevées. À partir de 4 h, des baisses significatives de la conversion du xylose sont observées après bioextrusion. Les déstructurations de la fraction solide, déjà observées au cours la bioextrusion, se poursuivent en réacteur fermé. Les meilleurs résultats hydrolytiques aux niveaux des hautes charges en enzymes et en substrat sont associables aux bonnes conditions de mélanges caractéristiques des éléments bilobes. L’ensemble enzymatique est probablement réparti de façon plus homogène (mélange distributif) pour cibler plus de sites disponibles. De plus, le mélangé dispersif limite la proximité entre enzymes de même type et les gênes associées. Le procédé d’extrusion permet une agitation efficace, un bon transfert de masse et probablement un meilleur contact entre enzymes et substrat. Les moins bons résultats de conversion du xylose sont probablement à relier à des phénomènes d’adsorption non-spécifique, ou encore de désactivation des hémicellulases, provoqués par l’intensité des contraintes thermomécaniques et les résidus ligneux. Les bons résultats de déstructuration après bioextrusionsont associables à une action synergétique des contraintes mécanique et biochimique. Les analyses d’autofluorescence montrent l’évolution de la fraction ligneuse dans le processus de déconstruction de la fraction solide. Une production progressive de particules très fines,visiblement associée à la fraction ligneuse, est observée. Des complexes lignine-carbohydratessont aussi détectés dans la fraction liquide. Etant peu, voire pas hydrolysable par voie enzymatique, ces fractions hétéropolymériques sont un frein à la déconstruction. Si la déstructuration des lignines est probablement majoritairement liée au prétraitement alcalin, le procédé de bioextrusion provoque une diminution de la teneur en hétéropolymères de plus hautes masses moléculaires. / Biocatalytic extrusion, also named bioextrusion, is a reactive extrusion technique using enzymes as catalysts. Bioextrusion is considered as a link between the previous physico-chemical pretreatment (like alkaline extrusion) and the subsequent enzymatic hydrolysis in batch conditions. The extrusion allows a continuous, flexible and versatile process for high consistency media, easily transferable to the industrial level. However, complexity of both lignocellulosic biomass and lignocellulolytic enzymes and their interactions during the extrusion process are underlined by the literature. Numerous response surface methodology experiments with starchy biomass indicate that bioextrusion efficiency is mainly influenced by substrate and enzymes loading. Enzymatic activity during the bioextrusion process of lignocellulosic biomass is confirmed by the experiments despite the mechanical constraints and the limited residence time. During bioextrusion, best holocellulosic fraction hydrolysis results were obtained with high substrate and enzymes loadings. Significant modifications of the solid fraction like particule size reduction, visual deconstruction of the biomass structure, increased sensibility to thermal decomposition and the evolution of the surface exposure of crystalline and amorphous cellulose were observed. Enzymatic hydrolysis of the bioextrdates is prolonged in batch conditions. Clear improvements of speeds and rates of sugars conversion up to 48 h indicate a long term influence of the bioextrusion. Gain observed are steady for the pretreated wheat straw whereas it increases with time for corn residues and birch barks. Post-extrusion, a negative influence of the substrate loading is measured. However, best enhancements for the glucose conversion of pretreated wheat straw are detected for high substrate and enzymes loadings. From 4 to 48 h, significant losses in xylose conversion are measured with previous bioextrusion. Indicators of the solid fraction deconstruction, observed during the bioextrusion step, indicate a stronger biomass degradation after 48 h. Improvements of glucose conversion rates can be associated with good mixing conditions of the extruder, especially due to the use of kneading elements. Enzymes are probably more homogeneously distributed (distributive mixing) and can access more catalytic sites available. Moreover, dispersive mixing limits the enzyme jamming due to the biocatalysts concentration. Extrusion process permits an better agitation efficiency, good mass transfer conditions and probably a higher contact between substrate and enzymes. Lower xylose conversion results may be attributed to non-specific adsorptions or inactivation phenomena due to mechanical constraints and lignin residues. Good deconstruction results on the solid fraction may be associable with a synergetic action between mechanical and biochemical constraints. Autofluorescent signal analysis of the lignin fraction show its evolution during the deconstruction of the solid residue. During the hydrolysis, a progressive production of very small particles, appearing to be associated with the lignin fraction is observed. Lignin-carbohydrate complexes are also detected in the liquid fraction. These heteropolymeric complexes, difficult or even impossible for the enzymes to hydrolyze, are an obstacle to the biomass valorization. If lignin deconstruction is mainly due to the alkaline pretreatment, bioextrusion process seems to reduce the proportion of these heteropylymers with high molecular weights.

Dans le but de développer des matériaux à partir d'une ressource renouvelable de moindre coût que l'amidon, des matériaux à base de farine de maïs ont été élaborés par extrusion-injection. La caractérisation des propriétés physico-chimiques de ces matériaux a révélé que le taux de glycérol (ajouté à la farine de maïs en tant que plastifiant) et le profil des zones de cisaillement employé lors de l'extrusion influencent significativement le taux de déstructuration de l'amidon et des protéines de la farine de maïs. Ceci a pu être établi en croisant notamment les résultats de l'analyse par diffraction aux rayons X, par spectroscopie infra-rouge à transformée de Fourier, de l'analyse calorimétrique différentielle à balayage à des observations par microscopie confocale à balayage laser des matériaux. De plus, le suivi des cinétiques d'hydrolyse en sucres réducteurs de l'amidon par des enzymes amylolytiques en présence et en absence d'enzymes protéolytiques a pu être relié à la déstructuration des protéines. Les matériaux obtenus présentent cependant des inconvénients rédhibitoires pour certaines applications comme l'hygroscopie élevée et le vieillissement rapide dans le temps. L'ajout de polybutylène succinate (PBS) au mélange farine-glycérol a cependant permis de conduire à une amélioration des propriétés mécaniques et à une réduction de l'hygroscopie de ces matériaux. Les observations de la morphologie de ces matériaux par microscopie électronique à balayage ont montré que la farine de maïs et le PBS sont incompatibles et présentent une morphologie qui varie selon le taux de PBS dans le mélange (30, 50 ou 70%). L'étude de la cinétique d'hydrolyse de l'amidon de la farine de maïs par des enzymes amylolytiques a permis de mettre en évidence l'influence de plusieurs facteurs : (i) la cristallinité de l'amidon, (ii) l'aire spécifique, (iii) la porosité et (iv) la morphologie des matériaux. De plus, l'évaluation de la biodégradation par voie microbienne en milieu liquide et solide par voie aérobie ou anaérobie a montré les mêmes tendances globales que les résultats obtenus par voie enzymatique. Ainsi, les matériaux élaborés à partir des formulations présentant des proportions de PBS excédant 50 % ne sont pas biodégradables au sens de la norme ISO 14855/1999 et sont également faiblement hydrolysés par les enzymes amylolytiques.