Actuellement, la demande pour trouver des sources alternatives de production d’ingrédients alimentaires de valeur tels que les protéines et les extraits riches en nutriments a augmenté de manière hautement significative. Dans ce contexte, le tourteau de soja est une source précieuse de protéines, de glucides et d'autres composés qui peuvent être valorisés et utilisés dans l'alimentation humaine. Cependant, pour extraire des substances ayant une valeur nutritionnelle élevée, on utilise généralement des procédés d’extraction conventionnels basés sur une utilisation accrue des acides forts (HCl, H2SO4) et des bases concentrées (NaOH, KOH). Sur le plan de santé et sécurité au travail, ces produits chimiques hautement dangereux et corrosifs présentent plusieurs inconvénients; notamment la nécessité de disposer de moyens hautement efficaces de protection et de gestion de risque chimique et du personnel qualifié pour leur manutention. En plus, l’utilisation de ces produits chimiques a, à son tour, un impact important sur l’environnement, car leurs effluents sont très dommageables des écosystèmes et nécessitent des moyens d’épuration très coûteux. Conséquemment, la recherche d’autres technologies de substitution partielle ou complète aux procédés d’extraction conventionnels demeure un sujet d’actualité, ce qui amène les entreprises modernes et soucieuses de la protection de l’environnement à s’intéresser au développement de nouvelles technologies durables d'extraction afin de réduire les impacts négatifs de cette industrie. Dans ce contexte, pour résoudre ces problèmes, la technologie d'électro-activation (EA) en solution, qui fait l’objet d’une programmation de recherche de grande envergure de notre équipe, a montré d’excellentes perspectives pour être utilisée comme approche efficace pour l’extraction des matières solubles à partir de résidus issus de pratiques agroalimentaires. Sur le plan environnemental, cette technologie pourrait servir à la réduction des effluents, car, elle ne nécessite que de l'eau, du sel et de l'électricité pour générer des solutions acides (anolytes) et basiques (catholytes) utilisables pour des fins d’extraction. Ainsi, ces solutions pourraient remplacer, partiellement ou totalement, les acides et bases chimiques. Ainsi, ce projet de doctorat en Sols et environnement, divisé en quatre objectifs spécifiques, visait à étudier l’intégration de la technologie d’électroactivation en solution, comme moyen de substitution aux acides et bases chimiques, dans un procédé de valorisation de tourteau de soja à des fins alimentaires humaines, tout en apportant une contribution significative à la protection de l’environnement... / Le premier objectif de ce projet de doctorat visait à étudier et comparer l’extraction acide versus l’extraction basique de la matière sèche soluble à partir de tourteau de soja. Cette matière sèche soluble est composée principalement d’un mélange de protéines, de glucides et de minéraux. L'extraction alcaline a été effectuée à pH 8, 9 et 10 alors que l'extraction acide a été effectuée à pH 2 et 3. Dans les deux modes d'extraction, différentes concentrations de NaCl ont été ajoutées au milieu d’extraction (0.01, 0.025 et 0.05 M). Les résultats obtenu sont montré que les deux méthodes étaient efficaces en termes d'extraction de matière sèche soluble avec des différences qualitatives et quantitatives significatives. L'extraction alcaline était significativement plus efficace en termes de matière sèche totale extraite et de teneur en protéines de l’extrait avec des valeurs moyennes de 39.97 ± 0.23% à 43.35 ± 2.90%, respectivement. Les extraits acides et alcalins étaient caractérisés par une teneur élevée (mg/100 g) en minéraux spécifiques tels que le potassium (334.93 ± 41.93), le calcium (24.73± 10.32) et le magnésium (35.34 ± 10.86). Les données obtenues par électrophorèse sur gel (SDS-PAGE) ont confirmé l'efficacité du mode alcalin en termes de teneur en protéines parles bandes plus évidentes. La turbidité la plus élevée a été obtenue à pH 4-5 pour tous les extraits, tandis que le potentiel zêta indiquait un point isoélectrique pHi à pH 4-5 pour les extraits alcalins et un pHi à pH 7-8 pour les extraits acides. Les glucides extraits ont montré un profil pH-dépendant avec un potentiel d’utilisation de l’extrait comme prébiotique. Dans l’ensemble, cette étude a mis en évidence l’efficacité et l’utilisation rationnelle des extractions combinées acide-alcaline pour améliorer la valorisation du tourteau de soja dans les applications alimentaires et réduire les déchets générés par l’industrie de production de l’huile de soja.
Le deuxième objectif consistait à étudier la technologie d'électro-activation permettant d'extraire la matière sèche soluble du tourteau de soja constituée d’un mélange de protéines, de glucides et de minéraux. Les extractions dans des conditions alcalines (catholyte) et acides (anolyte) ont été effectuées avec des solutions électro-activées obtenues à des intensités de courant électrique de 150, 300 et 450 mA pendant 10, 20, 30, 40 et 50 minutes d’électro-activation. Les deux méthodes ont été efficaces pour extraire la matière sèche soluble du tourteau de soja. Le catholyte était le plus efficace pour extraire les protéines avec un rendement maximal de 45.55 ± 2.77 %. De plus, la teneur en protéines augmentait avec le temps de traitement dans les extraits au catholyte, mais diminuait dans les échantillons extraits par l’anolyte. Les analyses par SDS-PAGE ont confirmé l'efficacité du catholyte à extraire davantage de protéines de meilleure qualité que l'anolyte. Des résultats similaires ont été observés pour les profils d'acides aminés, car les échantillons extraits par le catholyte étant les plus riches en acides aminés essentiels et non essentiels. Bien que l'anolyte ait extrait les quantités les plus élevées des minéraux comme le Mg2+(78 %), Ca2+(37 %) et P3-(37 %) du tourteau de soja, le catholyte s'est avéré plus efficace pour extraire le Zn2+(65 %), Fe2+(62 %), et les ions Cu2+(42 %). Les échantillons obtenus à la fois par l’utilisation des solutions anolytes et catholytes présentaient de bons profils glucidiques contenant certains monosaccharides avec un potentiel de pouvoir prébiotiques. Le profil des glucides variait avec l’intensité du courant électrique utilisé pour la production de solutions électro-activées et le temps de traitement. La teneur en stachyose et en raffinose augmentait avec l’intensité utilisée pour la production des anolytes tout en diminuant dans les échantillons des catholytes. De manière similaire, les teneurs les plus élevées en stachyose et en raffinose ont été observées pour les échantillons obtenus avec la solution catholyte électro-activée pendant 10 min, avec des valeurs respectives allant de 206.64 à 222.49 et de 31.17 à 34.29 mg/g. Les échantillons traités avec l'anolyte électro-activé pendant une plus longue période (30 à 50 min) étaient caractérisés par des teneurs plus élevées en ces sucres.
Le troisième objectif visait à étudier et comparer les propriétés fonctionnelles et l'activité antioxydante de la matière sèche extraite du tourteau de soja de manière conventionnelle et comparées à celles des extraits obtenus par des solutions électro-activées. La capacité d'absorption d'eau (WAC) de l'extrait conventionnel obtenu à pH 8-0.01M NaCl présentait la valeur de WAC la plus élevée (400 ± 7 g/100 g), tandis que la WAC le plus faible (0) était celui des échantillons extraits sous NaCl pH3-0.01M et pH3-0.05M NaCl. L'extrait obtenu avec la solution électro-activée Anolyte_300mA-30min avait une valeur de WAC de 25 ± 1 g/100 g, tandis que la valeur minimale de WAC de 0 g/100 g était observée pour l'extrait obtenu avec de l'anolyte électro-activé Anolyte_450mA-50min et Catholyte_150mA-10min. La capacité d'absorption d'huile (OAC) était la plus élevée pour les échantillons extraits sous des conditions alcalines, quel que soit le mode d'extraction utilisé (conventionnelle ou électro-activation), avec des valeurs comprises entre 5,50 ± 0,54 et 6,85 ± 0,62 mL/g. Les extraits obtenus à pH3-0,05M NaCl et Anolyte_450mA-50min ont des valeurs OAC respectives de 1,85 ± 0,23 et 1,51 ± 0,13 mL/g. Les propriétés moussantes des extraits classiques étaient supérieures à celles extraites par électro-activation. La valeur maximale de 52% a été observée pour l'échantillon conventionnel obtenu à pH 9-0,025M NaCl, tandis que la capacité de moussage maximale de 28% a été détectée dans l'échantillon électro-activé obtenu avec Anolyte_450mA-50min. Les échantillons électro-activés ont été caractérisés par des propriétés émulsifiantes plus élevées. Les extraits classiques ont montré une activité antioxydante supérieure (92.31 ± 1.5%) à celle obtenue par électro-activation (47.46 ± 0.94%). Les résultats obtenus dans le présent travail mettent en évidence le pouvoir émulsifiant des solutions électro-activées, suggérant sa grande aptitude à être utilisés dans des formulations alimentaires telles que les boissons prêtes à boire et autres produits du type émulsion.
Le quatrième objectif visait à étudier la qualité et le comportement des boissons contenant des extraits obtenus à partir de tourteau de soja par électro-activation. Toutes les boissons produites ont été additionnées d’une poudre de lactosérum pour une teneur final dans le produit de 0.7%. Les boissons de soja ont été codées avec des lettres allant de A à I.Les boissons ayant les codes G, H et I contenaient des particules de protéines plus grosses que les autres échantillons. Ensuite, la viscosité de la majorité des échantillons était faible et les boissons avaient un comportement d’amincissement par cisaillement. Les solutions étaient visuellement stables même si les mesures de turbidité et de potentiel zêta ont montré que le système de produits n'est pas stable dans une plage de pH de 3 à 10. De plus, la solubilité des échantillons était bonne, en particulier pour les échantillons G (97.76 ± 0.04%) et H (97.53 ± 0.18%). De plus, les échantillons I et F ont montré une capacité de moussage très élevée avec une valeur de 98 ± 7.34% et 80 ± 5.25%, respectivement. La boisson ayant le code G présentait une capacité d'absorption d'eau élevée (530 g/100 g). De plus, les valeurs de récupération des protéines de caillé obtenues à partir du coagulum variaient de 56,57 ±2.17 à 98.57 ± 6.37%. / Recently, the demand to find the alternative sources of valuable compounds such as proteins increased. Soybean meal is a valuable source of proteins, carbohydrates and other compounds. These compounds can be valorized from soybean meal and used in human feed.However, to extract valuable substances usually conventional acids and alkalis are used. The use of these chemical solutions, in its turn, has a big impact on the environment as well as other negative consequences. As a result, modern enterprises are more interested in sustainable extraction technologies in order to reduce these negative consequences.To solve these problems the technology of electro-activation (EA) was observed and showed good abilities in extracting of the valuable substances. This technology requires only water, salt and electricity. This work was aimed to study weather this alternative type of extraction is effective for soybean meal valorization.The first objective was to study conventional extraction and its ability to extract proteins and carbohydrates. Certain parameters of conventional extraction affect the most protein extractability.Thus, from pH, meal to solvent ratio, and salt concentration parameters, the pH of the extracting medium had the most significant effect on protein extractability for conventional extracts. The procedure of extraction was carried out using alkaline (NaOH) and acid (HCl) solutions. As a result, a soluble dry matter composed of proteins, carbohydrates and minerals was extracted from soybean meal. The obtained results showed that the both alkaline and acid methods, that were used, are effective in terms of extraction of soluble dry matter with significant qualitative and quantitative differences. The alkaline extraction was significantly more effective in terms of the total extracted dry matterand protein content in the extracted material with mean values of 39.97 ± 0.23 and 43.35 %± 2.90, respectively. In fact, this study demonstrated the effectiveness and rational use of the dual acid-alkaline extraction to enhance the soybean meal valorization for food applications and provide reduction of waste generated by the soybean oil industry. Second objective was to study the influence of electro-activated solutions on proteins extracted from soybean meal and to compare them to the conventional solutions obtained in the first objective. In order to produce electro-activated samples, the optimal parameters of electro-activation for high extraction yield from soybean meal were studied. It was observed that pH changes, right after the electricity is applied, each 10 mins till 60 mins the pH increased significantly. After the extraction of compounds by electro-activation technique was performed, the comparison of the conventional and electro-activated samples took place. It was found that electro-activation is effective as protein extraction method and for extraction of other compounds with beneficial properties for environment. However, conventional extraction is harmful for the environment, even though the commercial extracts were of higher extraction yield and with the bands of bigger molecular weight. Nonetheless, it was found that when the contact time of electro-activated solution with material is increased, the extraction yield and quality of protein is significantly higher. While for conventional extracts treated by the same time there was no significant difference.Third objective aimed to study the comparison of functional properties and antioxidant activity of soybean meal extracts obtained by conventional extraction and using electro-activated solutions.The commercial samples were characterized by superior water absorption and foaming capacity. In contrast, electro-activated samples were characterized by superior emulsification properties. Therefore, conventional samples showed higher antioxidant activity (92.31±1.5%) than electro-activated ones (47.46±0.94%). Overall, this study demonstrated favorable functional and antioxidant properties of samples made by electro-activation method.The fourth objective was to evaluate the behaviour of functional beverage by using protein-carbohydrate extract obtained from soybean meal produced by electro-activation technology. The results showed that the particle size value was ≤ 0.2μm for majority of thesamples. However, with an increasing of the flow the particle size also increased due to large protein particles formed as complexes of a definite size. Furthermore, the behaviour of systems had Newtonian nature and shear-thinning behavior with the low viscosity which is good for such products as beverages. In addition, the turbidity and z-potential measurements showed that the system of products is not stable in pH range 3-10. Moreover, solubility of samples was quite good, especially for certain samples, it was 97.76±0.04 % and 97.53±0.18%. To conclude, these beverages are high in protein and can serve as nutritional beverages. Regarding the result of this work it can be claimed that electro-activated solutions as extracting agents are quite powerful. Also, additional and very important advantage of electro-activation is option of rejection from conventional chemicals which is an important point for sustainable development.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/35836 |
| Date | 07 August 2019 |
| Creators | Gerliani, Natela |
| Contributors | Hammami, Riadh, 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, 180 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
Page generated in 0.0035 seconds