L’objectif de ce travail était de caractériser les propriétés physicochimiques de complexes formés de protéines végétales et de fibres alimentaires. Neuf complexes ont été produits à partir de trois isolats de protéines végétales (deux isolats de soya et un isolat de pois) et de deux fibres (maïs et betterave) dans les ratios protéine – polysaccharide (P-PS) 1-1, 2-1 et 4-1 par ajout graduel d’acide chlorhydrique jusqu’à pH 4. La taille, la charge, les capacités d’absorption d’eau et d’huile de ces complexes ont été évaluées dans le but de développer de nouveaux ingrédients avec des fonctionnalités désirées. La formation de complexes a permis de créer un effet de synergie permettant d’augmenter la capacité d’absorption d’eau des nouveaux ingrédients qui était plus élevée pour les complexes à base de protéines de soya et de la fibre de betterave (20 et 26% pour Soya1-Bet et Soya2-Bet contre 9 et 23% pour Soya1-Maïs et Soya2-Maïs). L’augmentation de l’absorption d’eau était en générale plus faible que l’absorption d’huile avec une différence mesurée de plus de 35%. La synergie élevée entre les P-PS des complexes était corrélée à une faible teneur en protéines et à des tailles plus petites. La formation des complexes apparaît comme un nouveau moyen permettant de moduler les fonctionnalités des protéines et des fibres en support à l’enrichissement des aliments. / The objective of this work was to characterize the physicochemical properties of complexes formed of plant proteins and dietary fibers. Nine complexes were produced from three plant protein isolates (two soy isolates and one pea isolate) and two fibers (corn and beet) with protein-polysaccharide (P-PS) ratios 1-1, 2-1 and 4-1 by gradual addition of hydrochloric acid up to a pH of 4. The size, the charge and water and oil absorption capacities of these complexes were evaluated with the aim of developing new ingredients with desired functionalities. The formation of complexes allowed to create a synergistic effect on the water absorption capacity of these new ingredients, which was found to be higher for the complexes based on soybeans and beet fiber (20 and 26% for Soya1-Bet and Soya2-Bet against 9 and 23% for Soya1-Corn and Soya2-Corn). The increase in water absorption was generally lower than oil absorption by more than 35%. The great synergy between the P-PS complex was correlated with a low protein content and smaller complex sizes. The formation of complexes appears as an interesting way to modulate the functionality of proteins and fibers to improve the level of fortification of foods.

La transformation des crustacés est un secteur ayant une grande importance économique au Québec. Cette industrie déverse des quantités non négligeables de déchets solides et liquides dans l’environnement, ce qui cause de la pollution. Or, plusieurs de ces déchets constituent une source de biomolécules d’intérêt pouvant être valorisées. Peu d’attention a été portée sur la valorisation des effluents issus de cette industrie comparativement aux déchets solides. Les eaux de cuisson, plus particulièrement, contiendraient des molécules à haute valeur ajoutée telles que des pigments, des peptides et des composés responsables des flaveurs. Ce travail porte sur la valorisation d’eaux de cuisson du crabe des neiges et du homard dans la perspective de mettre au point des ingrédients bioalimentaires. Pour ce faire, un procédé d’osmose inverse a été optimisé et appliqué aux eaux de cuisson afin de les concentrer, ce qui a été suivi d’une lyophilisation. La composition chimique des fractions générées a ensuite été évaluée. Les rétentats obtenus sont principalement composés de protéines (38,8-59,2 %) et de minéraux (35,8-45,7 %). Les composés responsables des flaveurs ont également été identifiés et quantifiés dans les rétentats d’osmose inverse lyophilisés. Ces derniers contiennent des molécules désirables sur les plans aromatique et gustatif. De plus, leur innocuité a été vérifiée. Les propriétés fonctionnelles (solubilité, rétention d’eau) et la capacité antioxydante (137,6 μmol d’équivalents Trolox/g) des rétentats d’eau de cuisson du crabe des neiges ont aussi été déterminées. Les résultats obtenus démontrent que les eaux de cuisson de homard et de crabe des neiges peuvent être valorisées en tant qu’arômes naturels dans le domaine alimentaire. / Crustacean processing has an economic importance in Quebec. This industry generates substantial amounts of solid and liquid wastes in the environment, which causes pollution. However, these wastes constitute a potential source of valuable molecules. Very few works are dedicated to the crustacean effluents’ valorization comparatively to the solid wastes. Cooking waters, more specifically, could contain high-value biomolecules like pigments, peptides, as well as flavor compounds. This work is about the valorization of snow crab and lobster cooking effluents, aiming to develop bioingredients for food applications. To do this, a reverse osmosis process has been optimized and applied to the cooking waters. This was followed by a freeze-drying step. The chemical composition of the generated fractions has been assessed. Retentates are mainly composed of proteins (38.8-59.2 %) and minerals (35.8-45.7 %). Aroma and taste compounds in the freeze-dried retentates have been identified and quantified. The retentates contain desirable molecules. Moreover, their safety was verified. Functional properties (solubility, water-holding capacity) and antioxidant capacity have been assessed in snow crab freeze-dried retentates (137.6 μmol Trolox equivalent/g). The results obtained show that snow crab and lobster cooking waters can be valorized as natural aromas in the food industry.

Le mauvais goût de "vase" et de "terre" présent chez les poissons élevés en étangs est causé par la présence de géosmine et de 2-méthylisoboméol (MIB) dans leur chair. Ces composés sont semi-volatiles, et lorsque présents dans l'eau, ils sont absorbés et emmagasinés dans les tissus riches en lipides. Les cyanobactéries planctoniques et -benthiques ainsi que les actinomycètes sont des bactéries reconnues comme étant des sources de géosmine et de MIB. Une période d'épuration en eau fraîche est donc nécessaire pour libérer le poisson de ce mauvais goût. La présence de mauvais goût semblable a déjà été documentée chez les poissons élevés dans un système en recirculation (SR). Toutefois, il existe peu d'information disponible sur l'origine du mauvais goût. Les hypothèses de départ étaient que la durée de l'élimination augmente lorsque la température est réduite, que le taux de lipides contenu dans les tissus augmente et que les composés responsables du mauvais goût chez les poissons élevés en étangs sont les mêmes que chez les poissons élevés en SR. Des méthodes quantitatives (micro extraction en phase solide et GCMS) ont été utilisées pour quantifier et déterminer la source du mauvais goût dans l'eau, dans le biofilm et dans les filets. Les cyanobactéries qui pourraient être responsables de la présence de géosmine n'ont pas encore été identifiées.

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

La taille et la forme des fourrages hachés influencent la conservation en ensilage et l’utilisation par les vaches laitières. Traditionnellement, la longueur est estimée par tamisage mécanique. La mesure par imagerie proposée ici permet de caractériser des particules individuelles avec une précision accrue. Des fourrages de maïs et de luzerne hachés à trois longueurs théoriques (12,7, 25,4, et 29,6 mm) ont été utilisés. La mesure de la forme a été obtenue par le concept de Normalized Multiscale Bending Energy (NMBE) qui fait appel au traitement de signal digital. À partir de photos de particules, un algorithme développé dans MATLAB® fournit des mesures précises de la longueur, l’aire, l’épaisseur et la surface massique de chaque particule. Le tamisage mécanique sous-estimait la longueur des particules par rapport aux mesures par imagerie. La méthode du NMBE a montré que les particules de luzerne étaient plus irrégulières et plus allongées que celles de maïs. / The size and shape of chopped forage particles can influence silage conservation and feed utilization by dairy cows. Particle length is traditionally measured by mechanical sieving. Image analysis is proposed here to measure more precisely individual particles. Corn and alfalfa forages were chopped at three theoretical lengths (12.7, 25.4 and 29.6 mm). Shape measurement was obtained from the concept of Normalized Multiscale Bending Energy (NMBE) which uses digital signal processing. From pictures of chopped particles, an algorithm developed in MATLAB® provided precise measurements of length, area, thickness and area per unit mass for each particle. Mechanical sieving underestimated actual particle length as measured by image analysis. The NMBE method indicated that alfalfa particles were more irregular and elongated compared to corn particles.

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

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

L’objectif de ce projet est de comparer l’effet de remplacement du tourteau de soja et du maïs grain par la gourgane (moulue ou roulée) sur l’ingestion, les fermentations ruminales, l’utilisation de l’azote, la production de méthane et la production laitière. Neuf vaches de race Holstein (120 jours de lactation) ont été utilisées selon un dispositif en carré latin 3×3 (période de 35 jours dont 14 jours d’adaptation). Les traitements expérimentaux étaient : 1) Ration totale mélangée (RTM) contenant du tourteau de soja (Témoin), 2) RTM contenant de la gourgane roulée et 3) RTM contenant de la gourgane moulue. La gourgane a été incluse à raison de 17% de la matière sèche en remplaçant complètement le tourteau de soja et partiellement le maïs grain sur une base iso-azotéeet iso-énergétique. Après 14 jours d'adaptation aux régimes expérimentaux, la consommation alimentaire, les caractéristiques des fermentations ruminales (incluant le dénombrement des protozoaires), la dégradabilité ruminale (in sacco), la digestibilité gastro-intestinale apparente, l'excrétion azotée, la production laitière et la production de CH4 ont été mesurées. L'incorporation de la gourgane (moulue ou roulée) dans la ration n'a pas eu d'incidence sur l’ingestion, la production laitière et la composition du lait. Le traitement expérimental n'a eu aucun effet sur la concentration ruminale des acides gras volatils totaux, le rapport acétate : propionate et le nombre de protozoaires. Comparativement aux vaches recevant le régime témoin, la concentration d’ammoniac (NH3) a augmenté et tendait à augmenter chez les vaches nourries avec la gourgane roulée et moulue, respectivement. Cependant, il n'y avait aucune différence dans la concentration ruminale de NH3 entre les deux gourganes traitées. La digestibilité totale apparente de la protéine brute (PB) était similaire chez les vaches nourries avec le régime témoin et celles nourries avec la gourgane roulée et tendait à augmenter chez les vaches nourries avec la gourgane moulue comparativement à celles nourries avec le régime témoin. L’excrétion de l’azote(g/jou en proportion de l’azote ingéré) dans les urines et le fumier (fèces + urine) n'a pas été affectée par l'inclusion de la gourgane dans l'alimentation. La production de CH4 entérique était similaire entre les régimes expérimentaux. En conclusion, l’inclusion de la gourgane (17% de MS) en remplacement du tourteau de soja et du maïs grain dans la ration n'a eu aucun effet sur la production de lait, l'excrétion d’azote et la production de CH4 entérique des vaches laitières. / The objective of this study was to compare the effect of replacing soybean meal (SBM) and corn grain with ground or rolled faba bean (FB) on nutrient digestion, rumen fermentation, N utilization, methane production and milk performance. Nine Holstein cows (120 days of milk) were used in a 3 × 3 Latin square design (35-d period). The experimental treatments were: 1) Total mixed ration (TMR) containing SBM (control), 2) TMR containing rolled FB and 3) TMR containing ground FB. SBM and corn grain were completely and partially replaced (17% of diet DM), respectively, with either rolled or ground FB, on an isonitrogenous and isoenergetic basis. After 14-d days of adaptation to the experimental diets, feed intake, rumen fermentation characteristics (including protozoa enumeration), in saccoruminal degradability, apparent total-tract digestibility, N excretion, milk performance (production and composition), and CH4 production were measured. Including FB in the diet did not affect dry matter intake, milk production and milk composition. Experimental treatment had no effect on total VFA concentration, acetate:propionate ratio and protozoanumbers. Compared with cows fed the control diet, ruminal NH3 concentration increased and tended to increase for cows fed ground FB and rolled FB, respectively. However, there was no difference in ruminal NH3 concentration between the two processed FB. Apparent total-tract digestibility of crude protein was similar between cows fed the control diet and cows fed rolled FB and tended to increase for cows fed ground FB compared with cows fed the control diet. Urinary and manure (feces + urine) N excretion (g/d or as a proportion of N intake) were not affected by the inclusion of FB in the diet. Enteric CH4 production was similar among the experimental diets. In conclusion, this study showed that including FB (17% of dietary DM) at the expense of SBM and corn grain in the diet had no effect on milk production, N excretion and enteric CH4 production of dairy cows.

Le soya est une source importante de protéines, d'huile, de glucides, ainsi que d'autres nutriments bénéfiques, tels que des éléments minéraux. Une fonction majeure des protéines dans la nutrition est de fournir des quantités adéquates d'acides aminés. Bien qu’ils soient essentiels pour la santé humaine et la nutrition animale, les acides aminés soufrés que sont la cystéine (Cys) et la méthionine (Met) sont souvent en concentration limitée et le déterminisme génétique de leur teneur dans la graine de soya est mal caractérisé. Un autre facteur non moins important pour la qualité nutritionnelle du soya est sa teneur en éléments minéraux, laquelle affecte les caractéristiques d'utilisation finale des fractions d'huile et de protéines ainsi que la qualité des semences (germination, vigueur des jeunes plantules). Malheureusement, très peu d’attention a été portée sur les variétés canadiennes de soya en ce qui a trait à leur teneur en acides aminés soufrés ainsi qu’en éléments minéraux. L’amélioration génétique est l’une des voies les plus efficientes et économiques pour contribuer à une alimentation saine et nutritive, laquelle apporte au consommateur la quantité de nutriments nécessaires à une bonne santé. Pour que puisse se pratiquer une sélection en faveur d’une qualité nutritionnelle accrue, il faut idéalement identifier les déterminants génétiques de la teneur en divers nutriments et développer des marqueurs facilitant cette sélection. Présentement, les analyses d’association pangénomique (GWAS en anglais) constituent l’approche la plus puissante pour déterminer l’assise génétique d’un caractère. Dans les cas les plus favorables, non seulement ces analyses permettent-elles d’identifier des régions génomiques qui contrôlent en tout ou en partie les caractères étudiés, mais elles peuvent même permettre d’identifier des gènes candidats qui jouent un rôle direct dans ce déterminisme. Dans le cadre de cette thèse, nous avons souhaité déterminer l’assise génétique de composantes clés de la valeur nutritive du soya, soit la teneur en acides aminés soufrés (Cys/Met) et en quatre éléments minéraux majeurs (Ca, K, P et S). Dans les deux cas, des analyses d’association pangénomique ont été réalisées sur une collection de 137 lignées représentatives de la diversité génétique rencontrée au sein du soya canadien à maturité hâtive. Dans le premier volet, les teneurs en Cys et en Met ont été mesurées par spectroscopie proche infrarouge (NIR) sur des graines produites dans cinq environnements au total. Des données génotypiques pour 2,2 M de polymorphismes mononucléotidiques (SNP) ont été exploitées pour réaliser une analyse d’association. Dans une première phase de découverte, nous avons réussi à identifier un total de dix régions génomiques (QTL) en nous appuyons sur les phénotypes rencontrés dans deux environnements. Afin d’assurer la fiabilité ainsi que la reproductibilité de ces QTL, nous avons validé une forte majorité de ces QTL dans trois environnements additionnels. Ces QTL, dont la plupart sont inédits, nous ont permis d’identifier deux gènes candidats fort prometteurs codant pour des protéines impliquées dans la synthèse de la cystéine. Dans le deuxième volet, les teneurs en éléments minéraux ont été mesurées chez les 137 lignées à l’aide d’un spectromètre de fluorescence à rayons X (XRF) sur des grains récoltés dans cinq environnements. Les analyses d’association ont été réalisées avec le même jeu de données génotypiques (2,2 M de SNP) que dans le volet précédant. Huit QTL significativement associés à la teneur en Ca, K, P et S ont été identifiés de manière robuste à l’aide d’au moins deux modèles statistiques différents (sur les trois employés). La reproductibilité de ces QTL dans trois environnements additionnels a fait l’objet d’une seconde analyse pour des fins de validation. Une forte reproductibilité de l’effet de ces régions génomiques sur ces phénotypes a été observée par la validation de sept QTL sur huit. Trois gènes candidats ont été identifié impliqués soit dans le transport ou l’assimilation de ces éléments minéraux. Par rapport aux études précédentes, la forte densité de marqueurs utilisés dans cette étude a contribué à la détection reproductible de plusieurs nouveaux loci associés à la teneur en acides aminés soufrés ou en éléments minéraux. De plus, cela a rendu possible l’identification de gènes candidats prometteurs. Les marqueurs et les gènes identifiés dans cette étude seront utiles pour l'amélioration génétique du soya à travers la sélection génétique assistée par marqueur. / Soybean is an important source of protein, oil, carbohydrates, and other beneficial nutrients, such as minerals. A major function of protein in nutrition is to provide adequate amounts of amino acids. Although essential for human health and animal nutrition, the sulfur amino acids cysteine (Cys) and methionine (Met) are often limiting and the genetic basis underlying their accumulation in soybeans seeds is poorly characterized. Another factor no less important for the nutritional quality of soybeans is its mineral content, which affects the end-use traits of both the oil and protein fractions as well as the quality of seed (germination rate, vigor of seedlings). Unfortunately, very little attention has been paid to Canadian soybean varieties in terms of their content in sulfur amino acids and important minerals in seeds. The enhancement of seed nutrient content via genetic improvement is considered as the most promising and cost-effective approach to contribute to a healthy and nutritious diet, which provides the consumer with the necessary quantity of nutrients for good health. To facilitate breeding for increased nutritional quality, it is necessary to identify the genetic determinants underlying various nutrients and to develop markers allowing this selection. Currently, genome-wide association analysis (GWAS) is the most powerful approach for determining the genetic basis of a trait. In the most favorable cases, not only do these analyses make it possible to identify genomic regions which control all or part of the trait of interest, but they can even make it possible to identify candidate genes which play a direct role in the trait of interest. The goals of this thesis were to determine the genetic basis of key components of the nutritional value of soybeans, namely the seed content in sulfur amino acids (Cys / Met) and four major mineral elements (Ca, K, P and S). In both cases, a GWAS was performed on a collection of 137 lines representative of the genetic diversity encountered in early-maturing Canadian soybeans. In part 1, Cys and Met content were measured using near infrared spectroscopy (NIR) on seed from five environments in total. Genotypic data for 2.2 M single nucleotide polymorphisms (SNPs) were used to perform an association analysis. In an initial discovery phase based on the data from two environments, we were able to identify a total of ten genomic regions (QTL), most of which were identified for the first time. To ensure the reliability and reproducibility of these QTLs, we validated a large majority of these in three additional environments. These QTLs allowed us to identify two candidate genes, both of which code for proteins involved in cysteine synthesis. In part 2, mineral content was measured in seed of the same 137 lines using an X-ray fluorescence spectrometer (XRF) harvested from five environments in total. The association analyses were carried out with the same genotypic data set (2.2 M SNP) as in part 1. Eight QTLs significantly associated with the Ca, K, P and S content were identified by at least two of the three statistical models used. These QTLs were found to be highly reproducible as they influenced the studied traits in three additional environments. Indeed, seven of the eight QTLs were validated in this fashion. For these QTLs regions, we were able to identify thee candidate gene annotated as being involved in the transport or the assimilation of these mineral elements. Compared to previous studies, the high density of markers used in this study has contributed to the reproducible detection of several new loci associated with the content of sulfur amino acids or mineral elements. In addition, it has made it possible to identify promising candidate genes. The markers and genes identified in this study will be useful for the genetic improvement of soybeans through marker-assisted selection.

En 2019, Santé Canada a publié une nouvelle version du Guide alimentaire qui recommande aux canadiens de 2 ans et plus de privilégier la consommation d'aliments protéinés d'origine végétale (APOV). Ces derniers sont toutefois peu intégrés dans les habitudes alimentaires des personnes âgées. En effet, réduire volontairement ses apports en protéines animales et adopter une alimentation plus riche en APOV semble être un défi pour ce groupe d'âge, alors qu'une réduction plus involontaire de la viande peut être observée, en raison, par exemple, de son coût élevé ou d'un manque d'appétit. Cependant, que la réduction soit volontaire ou non, les personnes âgées ne semblent pas outillées pour bien substituer les protéines animales dans leur alimentation, car les produits céréaliers sont souvent privilégiés aux APOV de qualité. Pourtant, plusieurs bénéfices, concernant notamment la santé et l'environnement, sont associés à la consommation de ces aliments. Pour développer des interventions facilitant l'intégration d'APOV dans l'alimentation des personnes âgées, il est primordial de mieux connaître les facteurs qui prédisposent au comportement. Ainsi, l'objectif principal de ce projet était d'identifier les croyances sous-jacentes à l'intention des personnes âgées d'intégrer des APOV à leur alimentation. Les objectifs secondaires consistaient à évaluer l'influence du genre et du niveau de consommation initial d'APOV sur les croyances identifiées. Des entrevues virtuelles semi-structurées, basées sur la Théorie du comportement planifié, ont été réalisées et ont démontré, entre autres, l'importance accordée à la santé par les personnes âgées et le manque d'habiletés culinaires pour apprêter les APOV. Plusieurs différences de croyances ont été aussi observées entre les genres et les deux groupes de consommateurs. Ces éléments pourront être abordés dans une future intervention adaptée aux croyances et aux besoins de ce groupe d'âge. / In 2019, Health Canada released a new version of the Canadian food guide that recommends the consumption of plant-based protein foods (PBP) to all Canadians aged 2 years and older. Nevertheless, these are not well integrated into the eating habits of older adults. Indeed, reducing animal protein intake and adopting a diet richer in PBP seems to be a challenge for this age group, whereas a more involuntary reduction of meat may be observed due to its high cost or lack of appetite, for example. However, whether the reduction is voluntary or not, older adults do not seem to have the tools to properly substitute animal protein in their diet, as cereal products are often favored over quality PBP. Yet, several benefits, particularly concerning health and the environment, are associated with the consumption of PBP. To facilitate the integration of PBP into the eating habits of older adults, it is necessary to understand the factors that predispose to this behavior. Thus, the main objective of this project was to identify the beliefs underlying older adults' intention to consume PBP. Specific objectives were to examine the influence of gender and current PBP consumption on PBP beliefs. Semi-structured virtual interviews, based on the Theory of Planned Behavior, were conducted and demonstrated, among other things, the importance given to health by older adults and the lack of skills to prepare PBP. Several differences in beliefs were also observed between genders and the two consumption groups. These elements could be addressed in a future intervention adapted to the beliefs and needs of this age group.