La filière des insectes comestibles, particulièrement du ver de farine Tenebrio molitor, est en croissance au Québec en lien avec leurs avantages environnementaux et nutritionnels. Bien que la faible acceptabilité de l'entomophagie représente la problématique majeure de ce secteur, un des leviers pour inverser cette tendance serait la production de concentrés protéiques d'insecte (à la suite d'une délipidation et extraction des protéines) afin de les intégrer à des matrices alimentaires. Actuellement, aucune étude n'est disponible sur l'impact environnemental lié à la génération de concentrés protéiques de ver de farine. Ainsi, dans ce projet, une délipidation par solvants suivie d'une extraction des protéines ont été réalisées afin de produire un concentré protéique de ver de farine et d'en évaluer l'impact environnemental. Un taux d'extraction lipidique de 86,9 % a été obtenu et quatre méthodes d'extraction des protéines (une solubilisation au NaOH avec et sans précipitation au HCl et deux solubilisations au NaOH avec et sans précipitation au HCl) ont ensuite été réalisées en parallèle sur le résidu délipidé permettant d'obtenir quatre concentrés protéiques dont les teneurs protéiques varient de 54,7 à 80,0 %. Le potentiel de réchauffement climatique des quatre concentrés a été calculé selon deux méthodes d'allocation différentes : l'une considérant tous les co-produits valorisables et l'autre considérant uniquement la matière grasse et l'extrait protéique valorisable. Selon la méthode d'extraction des protéines choisie et la méthode d'allocation utilisée, le potentiel de réchauffement climatique d'un concentré protéique d'insecte variait entre 3 050 et 10 871 kg de CO₂ eq. par tonne de concentré. Le score d'éco-efficience calculé pour les concentrés se situait entre ceux associés aux concentrés protéiques d'origine végétale et animale confirmant le bénéfice environnemental de la production de concentrés protéiques à partir de vers de farine malgré les étapes de transformation nécessaires à leur production. / The edible insect industry, particularly the mealworm Tenebrio Molitor, is growing in Québec due to its environmental and nutritional benefits. Although entomophagy's low acceptability represents this sector's main issue, it was demonstrated that the production of insect protein concentrates (generated after delipidation and protein extraction) could improve the consumer acceptability. Currently, no studies are available regarding the environmental impact of the production of mealworm protein concentrates. Consequently, this work aimed to produce mealworm protein concentrates by successive steps of delipidation by solvents followed by protein extraction and evaluate its environmental impact. A lipid extraction rate of 86.9% was obtained. Four protein extraction methods (one NaOH solubilization with and without HCl precipitation and two NaOH solubilizations with and without HCl precipitation) were then performed. The four protein concentrates had protein content ranging from 54.7 to 80.0%. The global warming potential of these four concentrates was calculated according to two different allocation methods: one considering all the valuable co-products and the other considering only the fat and the valuable protein extract. Depending on the protein extraction method chosen and the allocation method used, the global warming potential of an insect protein concentrate varied between 3 050 kg and10 871 kg CO₂ eq. per ton of mealworm protein concentrate. The eco-efficiency score calculated for these concentrates was between those associated with protein concentrates of plant and animal origin, confirming the environmental benefit of producing mealworm protein concentrates despite the processing steps required for their production.

Thèse de doctorat : Environnement et santé : Nancy 1 : 2009. / Titre provenant de l'écran-titre.

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Le but de ces recherches était de contribuer au développement des analyses non séparatives d'espaces de tête par spectrométrie de masse (NSA-MS). Tout d'abord, l'optimisation des conditions d'acquisition des empreintes spectrales et le prétraitement des signaux ont été étudiés (mesure et le filtrage du bruit). De nouvelles possibilités ont été ensuite développées : contrôle de procédés sensibles, typologie d'atmosphères et estimation de caractéristiques sensorielles. Enfin, dans l'optique d'établir des bases de données pérennes un nouveau procédé de redressement du signal basé sur l'introduction d'une référence gazeuse dans le MS a permis de corriger les effets liés à des modifications des paramètres d'acquisition. Les résultats obtenus ont montré que les NSA-MS offraient des potentialités de caractérisation analytique puissantes à conditions d'être intégrées dans une statégie rigoureuse d'acquisition des empreintes et de traitement du signal.

Les tubercules de Dioscorea dumetorum (Kunth) pax sont une importante source de<br />nutriments et d'énergie. Stockés dans les conditions qui prévalent en milieu tropical, ils<br />subissent un phénomène de durcissement caractérisé par la perte de l'aptitude à ramollir pendant la cuisson. Ce travail a été réalisé dans le but de déterminer les mécanismes de durcissement post-récolte des tubercules, d'évaluer les modifications physico-chimiques au cours du stockage et de rechercher les conditions de pré-traitement des tubercules durcis en vue de leur transformation en une farine utilisable dans des formulations alimentaires. Les résultats obtenus ont montré que le durcissement des tubercules de D. dumetorum s'effectue suivant un mécanisme multiple qui inclut l'hydrolyse du phytate comme contributeur minimal de la difficulté-à-cuire et la perte en polyphénols totaux via le mécanisme de lignification comme contributeur majoritaire. Ce durcissement a été dissocié en deux composantes, réversible et irréversible, qui ont été respectivement associées au phytate et aux polyphénols totaux. La modélisation du phénomène de durcissement a montré que la vitesse de la réaction du durcissement irréversible est plus dépendante de la température et de l'humidité relative que celle du durcissement réversible. Le stockage des tubercules de D. dumetorum dans les conditions qui prévalent en milieu tropical (19-28°C, HR 60-85%), a entraîné une diminution significative (P ´ 0,05) des facteurs<br />antinutritionnels (polyphénols totaux, tannins, phytate, oxalates, inhibiteurs de trypsine et d'Α-amylase) et une augmentation des propriétés fonctionnelles des farines (capacité<br />d'absorption d'eau, indice de solubilité à l'eau, capacité d'absorption d'huile, indice<br />hydrophile-lipophile, plus petite concentration gélifiante, capacité de gonflement de la<br />pâte), exception faite sur la densité de la pâte. La variation des différents paramètres<br />évalués s'est effectué en deux principales phases, entre les jours 2 et 21 puis entre les jours 28 et 56. La germination des tubercules ayant été enregistrée après 28 jours de stockage, il a été suggéré que le durcissement post-récolte et la germination influencent les paramètres physico-chimiques des tubercules. Si le trempage préalable des tubercules durcis de D. dumetorum dans des solutions de NaCl ou de kanwa a permis une augmentation significative du taux de ramollissement du tubercule pendant la cuisson, il ne permet pas de surmonter totalement le durcissement des tubercules. Le pré-traitement au kanwa a entraîné une variation significative (P ´ 0,05) des propriétés fonctionnelles des farines de D. dumetorum ainsi qu'une amélioration de la qualité des protéines et de la biodisponibilité in vitro des sucres. Le rouissage naturel des tubercules durcis comme méthode de prétraitement quant à lui a permis d'obtenir un ramollissement total des tubercules après 7 jours de fermentation naturelle et une réduction significative (P ´ 0,05) des facteurs antinutritionnels. Seule la lignine n'a pas été affectée par la fermentation des tubercules. Les propriétés fonctionnelles des farines ont été significativement affectées par la fermentation des tubercules. De plus, la fermentation a entraîné une augmentation significative (P ´ 0,05) de la teneur en protéine, de la qualité des protéines et de la biodisponibilité in vitro des sucres. L'étude de la gélatinisation a montré que la température de gélatinisation des farines de D. dumetorum est comprise entre 70 et 75°C. La gélatinisation des tranches d'igname suit une cinétique d'ordre 1 de la forme générale ln(1 - Α) = kG.t. La constante de vitesse de gélatinisation (kG) diminue avec la baisse de la température de cuisson et l'augmentation du temps de stockage des tubercules. La fermentation et le traitement au kanwa ont présenté une influence significative sur la vitesse de gélatinisation des tubercules durcis de D. dumetorum. La substitution partielle de la farine de blé par les farines d'ignames-durcies ont montré sur la base des analyses multivariés (ACH et ACP) que le blé et les farines composées blé/igname-durcie traitée au kanwa à tous les taux de substitution utilisé dans cette étude, constituent le même groupe. Les farines composées blé/igname-durcie pourraient être utilisées comme ingrédient de base dans la formulation des bouillies infantiles.

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.

Ce travail a pour objectif de développer des biocomposites à base de poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalérate) (PHBV) et de farine grignons d'olive (FGO) préparés par mélange fondu. Il s'articule autour de quatre parties. La première partie comprend une étude de la morphologie et des propriétés physiques des échantillons biocomposites PHBV/FGO aux taux de charge de 10, 20 et 30% en masse. Les résultats indiquent que le système PHBV/FGO se caractérise par une séparation de phase dont le nombre et la taille des particules de FGO augmentent avec le taux de charge. De plus, la stabilité thermique et les propriétés barrières vis à vis de la vapeur d'eau et de l'oxygène ont diminué. Par contre, l'incorporation de la FGO dans le PHBV induit une augmentation du module d'Young qui s'accentue avec le taux de charge. La même tendance est également observée avec le module de conservation déterminé par DMA. Dans la seconde partie, l'impact du PHBV-g-MA comme agent compatibilisant dans les biocomposites PHBV/FGO a été évalué en fonction du taux de charge. La caractérisation morphologique du système ternaire a révélé que la présence du PHBV-g-MA dans les biocomposites PHBV/FGO induit une meilleure adhésion interfaciale entre les particules de la FGO et la matrice PHBV en raison des interactions charge-matrice. En conséquence, une nette amélioration des propriétés mécaniques, viscoélastiques et barrières aux gaz (vapeur d'eau et oxygène) est observée. Dans la troisième partie, une modification chimique de la FGO avec le trimethoxy (octadecyl)-silane (TMOS) et son influence sur la morphologie et les propriétés physiques de biocomposites PHBV/FGO: 80/20 ont été étudiées. Les résultats révèlent une dispersion fine et homogène de la FGO traitée au TMOS dans la matrice PHBV avec en apparence moins de microvides en comparaison avec le biocomposite non modifié. Les propriétés physico-mécaniques du biocomposite PHBV/FGO modifiée sont sensiblement améliorées. La dernière partie consacrée à une étude du vieillissement hygrothermique dans l'eau de mer à 25 et 40°C de films de biocomposites PHBV/FGO: 80/20 avant et après modification, révèle que la FGO favorise la cinétique de dégradation du système PHBV/FGO indépendamment du traitement. Toutefois, le biocomposite PHBV/FGO traité avec des organo-silanes se caractérise relativement par une résistance à la dégradation hygrothermique à 25 et 40°C par rapport au reste des échantillons biocomposites. / This work aims to develop a biocomposites based on poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalérate) (PHBV) and olive husk flour (OHF) prepared by melt compounding. It's articulated around four parts. The first part includes a study of the morphology and physical properties of the PHBV/OHF biocomposite samples at the loading rates of 10, 20 and 30 wt%. The results indicate that the PHBV/OHF system is characterized by a phase separation whose number and size of OHF particles increases with the loading rate. Moreover, the thermal stability and the barrier properties against water vapor and oxygen have decreased. On the other hand, the incorporation of the OHF in the PHBV matrix induces an increase in the Young's modulus which is accentuated with filler content. The same trend is also observed with the storage modulus determined by DMA. In the second part, the effects of PHBV-g-MA used as the compatibilizer for PHBV/OHF biocomposites were evaluated as a function of the loading rate. The morphological characterization of the ternary system revealed that the presence of PHBV-g-MA in the PHBV/OHF biocomposites induces better interfacial adhesion between the OHF particles and the PHBV matrix due to filler-matrix interactions. Consequently, a significant improvement in the mechanical, viscoelastic and gas barrier properties (water vapor and oxygen) is observed. In the third part, a chemical modification of OHF with trimethoxy(octadecyl)-silane (TMOS) and its influence on the morphology and physical properties of PHBV/OHF: 80/20 biocomposites was studied. The results reveal a fine and homogeneous dispersion of the TMOS-treated OHF in the PHBV matrix with apparently fewer microvides compared to the unmodified biocomposite. The physical and mechanical properties of the modified PHBV/OHF biocomposite are significantly improved. The last part devoted to a study of the hygrothermal aging in sea water at 25 and 40°C of films of biocomposites PHBV/OHF: 80/20 before and after modification reveals that the OHF promotes the degradation kinetics of the PHBV/OHF system regardless of treatment. However, the organo-silane-treated PHBV/OHF biocomposite is relatively characterized by a resistance to hygrothermal degradation at 25 and 40°C compared to the rest of the biocomposite samples.

Cette étude porte sur la relation entre la composition et les propriétés de matériaux à base de farine de maïs. Les lipides et les résidus cellulosiques jouent le rôle de défauts ; l’amidon contrôle principalement le comportement mécanique des farines plastifiées, notamment en ce qui concerne la variation des propriétés en fonction des conditions d’ambiance. Les interactions entre l’amidon, l’eau, et les plastifiants ont été explicitées par un diagramme de phase qui comporte deux transitions. Les différents phénomènes discutés dans la littérature (anti plastification – plastification – sursaturation) ont été mis en relation avec ce diagramme de phase. Les interactions entre l’amidon et les plastifiants, ont été interprétées par un concept de stœchiométrie de sorption, qui a été appliqué à trois plastifiants : le glycérol, l’éthylène glycol et le 1,3-propanediole. Un polycondensat amphiphile original, obtenu à partir d’acide itaconique, a été étudié, pour améliorer la compatibilité de systèmes hétérophasés amidon plastifié / polybutylène succinate. Son utilisation favorise la formation d’une morphologie co-continue. / This present stydy investigates the composition-property of corn flour based materials. Lipids and cellulosic residue act like defects in these materials, starch controls the mechanical properties of corn flour based material and their variations with temperature and humidity. The interactions between starch, water and plasticizers have been highlighted in a phase diagram, in which we distinguished two transitions. The different phenomenons discussed in the literature (antiplasticization – plasticization – phase separation) were correlated with the phase diagram. The characterization of interactions between starch and plasticizers, by water sorption, was interpreted in terms of interaction stoichiometry. This method was applied for three plasticizers: glycerol, ethylene glycol and 1,3-propandiol; Amphiphilic polycondensates, obtained from itaconic acid, were used to improve the compatibilization of poly(butylene succinate) and glycerol-plasticized thermoplastic starch blends. Comptabilized blends presented a co-continuous phase.

Ce travail est une étude préliminaire qui a pour objectif principal d'étudier l'impact des caractéristiques de surface des poudres céréalières sur leurs mécanismes d'agglomération dans le cas particulier de la fabrication de couscous. Cet objectif a été réalisé par une approche multi-échelle : particules, mécanismes, et procèdes. A l'échelle des particules, on a identifié deux caractéristiques relatives à la réactivité physique et chimique des particules (la morphologie et la composition chimique de surface). D'abord, une méthode d'analyse d'images pour décrire la morphologie des particules a été introduite. Ensuite, l'applicabilité de la spectroscopie par photoélectron rayon-X (XPS) pour mesurer la composition chimique de surface des poudres céréalières a été on a examinée. A l'échelle des mécanismes, on a décrit et modalisé une étape importante des mécanismes d'agglomération des poudres céréalières. A l'échelle de procèdes, du couscous a été fabriqué à l'échelle pilote et ses paramètres de qualité ont été estimées. La relation entre les échelles a été évaluée en étudiant l'impact des caractéristiques des particules et de taux d'hydratation sur les mécanismes d'agglomération, le rendement d'agglomération, et la qualité finale de couscous. / Our research work is a preliminary study to investigate the impact that the surface characteristics of wheat powder particles have on their agglomeration mechanisms in the particular case of couscous production process. The objective of this research work was achieved by considering a multi scale approach: particle, mechanism, and process scale. On particle scale, we identified two characterizing factors of particles related to their physical and chemical reactivity (particles shape and surface chemical composition). We first presented a method based on image analyzing system to describe particles shape of wheat powders and then examined the applicability of X-ray photoelectron spectroscopy to measure the surface chemical composition of wheat powders. On mechanism scale, we described and modeled one stage of the wet agglomeration mechanisms of wheat powders. On process scale, we produced couscous in pilot scale and evaluated its quality parameters. The relationship between the scales was evaluated by studying the impact of particles characteristics and hydration rate on agglomeration mechanisms, agglomeration yield, and couscous quality.

L’incorporation du son de blé dans une farine de blé dans le but d’augmenter sa valeur nutritionnelle cause des problèmes dans l’industrie boulangère, car cette incorporation change les propriétés rhéologique et colorimétrique de la pâte. Le blanchiment au peroxyde d’hydrogène peut améliorer la couleur du son de blé, par conséquent pourrait contribuer à augmenter le potentiel d’utilisation du son de blé dans l’industrie de produits à base de farine de blé. L’objectif principal de cette maîtrise était de développer une formule de blanchiment du son de blé en utilisant du peroxyde d’hydrogène comme agent décolorant et d’optimiser les conditions de décoloration. Pour cela, la méthode des surfaces de réponse a été utilisée pour déterminer la concentration de peroxyde d’hydrogène H2O2, la concentration du son de blé (SB) et la durée de la réaction optimales qui donneront le meilleur profil chromatique au produit en particulier les indices de clarté et de chromacité jaune – bleu : L*et b* du système HunterLab. Nous avons développé dans cette étude une formule de blanchiment qui a permis d’éliminer la couleur brune du son de blé. Nous avons optimisé cette formule afin d’avoir un son de blé avec une couleur proche celle d’une farine commerciale pour y faciliter son incorporation. L’optimisation a été faite par la méthode des surfaces de réponse, et une relation d’approximation entre les paramètres de la réaction et les réponses souhaitées a été proposée : L* = 78, a* = -2,6 et b* = 18,8. Ces résultats ont été trouvés avec la combinaison des paramètres suivants : une concentration de peroxyde d’hydrogène de 20%, une concentration de son de blé de 10% et une durée d’agitation de 40 minutes. Cette formule a été utilisée pour étudier l’effet du pH conduisant à une accentuation de la teinte jaune du son de blé à un pH égal à 11. Par ailleurs, le blanchiment du son de blé a diminué sa rétention d’eau. Cette diminution correspond à de 1 gramme d’eau par gramme d’échantillon par rapport au son de blé non blanchi. En revanche, le blanchiment a augmenté considérablement l’extractabilité en milieu aqueux : le pourcentage d’extractabilité est passé de 20% pour le son non blanchi à 90% pour le son blanchi. En outre, pour les mélanges à base de son de blé et de farine, les résultats trouvés ont montré l'existence d'une seule couleur dans le cas du mélange de la farine à 20% et le son de blé à 5 et 10%. Dans le cas d'utilisation du son de blé non blanchi (5, 10 et 15%), les résultats ont montré l'existence de deux couleurs sur les surfaces de mélanges. / The incorporation of the wheat bran in wheat flour with the aim of increasing its nutritional value causes problems in manufacturing bakery products, because this incorporation changes the rheological and colorimetric properties of the dough. The bleaching with hydrogen peroxide can improve the color of the wheat bran, consequently could contribute to increase the potential of use of the wheat bran in the industry of products with wheat flour. The aim of this study was to develop a formula of bleaching wheat bran by using some hydrogen peroxide as bleaching agent and to optimize the conditions of discoloration. For that purpose, the response surface method was used to determine the concentration of hydrogen peroxide (H2O2), the concentration of the wheat bran ( SB) and the duration of the reaction which will give the best chromatic profile to the product in particular the indications L*, a* and b* of the system HunterLab. We developed in this study a formula of bleaching which allowed eliminating the brown color of the wheat bran. This formula has been optimized to reach the typical color of the commercial wheat bran flour. The optimization was made by the response surface methodology, and a relation of approximation between the parameters of the reaction and the desired answers has been proposed: L* = 78, a* = -2.6 and b* = 18.8. These results were found with the combination of the following parameters: a concentration of hydrogen peroxide at 20%, a concentration of wheat bran at 10% and stirring time at 20 minutes. This formula has been used to study the effect of the pH leading to an enhanced yellow tint of the wheat bran at pH = 11. The bleaching of the wheat bran decreased its water retention. We were able to notice a decrease of 1g of water by gram of sample compared with the unbleached wheat bran. We also showed that the bleaching increased considerably the extractability, the percentage passed of 20 % as the unbleached bran in 90 % for the bleached bran. Besides, for mixtures with wheat bran flour, the found results showed the existence of a single color in the case of the mixture of the flour in 20 % and the bleached wheat bran in 5 and 10 %. In the case of use of the unbleached wheat bran (5, 10 and 15 %), the results showed the existence of two colors on the surfaces of mixtures.