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 > 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 (> 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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/26694 |
| Date | 23 April 2018 |
| Creators | Gerzhova, Alina |
| Contributors | Mondor, Martin, Aider, Mohammed |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xxii, 216 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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