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Development of antioxidant peptide fractions from egg yolk proteins using enzymatic hydrolysis and ultrafiltration membranes

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2012
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Les protéines du jaune d’œuf délipidées sont considérées comme un sous-produit lors de l’extraction lipidique en raison de la perte de leurs propriétés fonctionnelles. Les protéines du jaune d’oeuf existent sous forme de lipoprotéines, à l’exception de la phosvitine et des livétines. Les phosphopeptides issus de l’hydrolyse de la phosvitine possèdent une activité antioxydante pouvant conduire à des applications industrielles dans le secteur alimentaire et/ou nutraceutique. Le fractionnement de la phosvitine à partir du jaune d’œuf constitue une étape nécessaire en vue de la production de phosphopeptides. Cependant, cette méthode n’est pas applicable à grande échelle en vue de la production de phosphopeptides. Le but de ce projet était de développer une approche technologique applicable à l’échelle industrielle pour la production de la phosvitine par séparation membranaire à partir d’un extrait commercial de jaune d’œuf délipidé et pour la production de peptides antioxydant combinant l’hydrolyse enzymatique et l’ultrafiltration (UF). Un extrait de phosvitine à été obtenu à partir d’un produit commercial de jaune d’oeuf délipidé, au moyen d’une precipitation par NaCl (10% p/v), d’une centrifugation et d’une étape d’UF et de diafiltration. L’effet des conditions de filtration (pH, concentration, pression transmembranaire, seuil de coupure de la membrane) sur le flux de permeation a été évalué. La récupération protéique et la capacité de dessalage de solution de phosvitine ont été comparables pour des membranes d’UF de seuil de coupure de 10 et 30 kDa, mais le flux de perméation a été plus élevé avec la membrane de 30 kDa. L’électrophorèse 2D a été effectué afin de caractériser la composition protéique d’un produit commercial de protéines de jaune d’oeuf délipidé et de ses fractions obtenues précédement par UF. La plupart des produits de clivage de la vitellogénine ont été identifiés dans l’extrait de phosvitine. Néanmoins, le profil protéique des rétentats d’UF a montré des profils différents par rapport à la composition protéique des protéines du jaune d’oeuf frais. Les résultats suggèrent que la concentration par UF affecte la composition protéique. Les protéines du jaune d’oeuf et les phosphoprotéines ont été hydrolysées au moyen de la trypsine, ou encore, par une combinaison de deux enzymes (Alcalase et Protease N). Les hydrolysats obtenus ont été fractionnés à l’aide des membranes d’UF de seuil de coupure de 5 et 1 kDa. L’activité antioxydante des fractions a été mesurée par le test Oxygen Radical Absorbance Capacity (ORAC). La fraction peptidique produite par l’hydrolyse trypsique a montré l’activité antioxydante la plus élevée (1501.1–1886.8 µM TE.g-1 de protéines). L’activité antioxydante des hydrolysats de protéines de jaune d’oeuf pourrait être reliée à la teneur en phosphore des peptides, mais aussi à d’autres facteurs comme la masse moléculaire et la composition en acides aminés de ces peptides. L’hydrolyse enzymatique des protéines du jaune d’oeuf et l’utilisation de l’UF ont permis de produire des fractions peptidiques possédant une activité antioxydante et d’augmenter l’activité de ces peptides. Ce procédé utilisant l’hydrolyse enzymatique et l’UF offre un potentiel intéressant pour valoriser les propriétés fonctionelles et nutraceutiques des protéines du jaune d’œuf.
Delipidated egg yolk proteins are considered as a by-product in the process of the lipid and protein separation. The major proportion of yolk protein exits as lipoproteins except for phosvitin and livetins. Hen egg yolk phosphopeptides from phosvitin have demonstrated free radical scavenging and antioxidant activities against lipid peroxidation. Moreover, phosphopeptides have also been shown to provide an effective defense against oxidative stress in human intestinal epithelial cells. However, the method for producing these peptides was not applicable at large scale. The goal of this study was to develop and scale up the production of phosvitin from a commercially available delipidated egg yolk proteins and the production of antioxidant egg peptides by mean of enzymatic hydrolysis and ultrafiltration (UF). Egg yolk phosvitin was concentrated and desalted from delipidated egg yolk protein by a process that involved first a salting-out with 10% NaCl (w/w) treatment followed by UF and diafiltration. Various filtration parameters such as pH, feed concentration, transmembrane pressure and molecular weight cut-off (MWCO) membranes were studied. Results showed that performance of the 10 and 30 kDa MWCO UF membranes tested were similar in terms of production and desalting capacity. However, difference in terms of permeation flux during UF was noticed with the use of the 30 kDa MWCO membrane. Two-dimensional gel electrophoresis was performed to characterize the protein composition of the commercially delipidated egg yolk proteins and its UF-fractions obtained previously. Most of the vitellogenin cleavage products were identified in the crude phosvitin. Nevertheless, as compared to protein composition of fresh egg yolk, the UF-retentate profiles showed different patterns which suggest that egg yolk protein composition is modified as a result of UF-concentration. Fractionation of phosphopeptides by sequential UF with MWCO of 5 kDa and 1 kDa was performed to produce peptide fractions with increased antioxidant capacity. Antioxidant capacity was quantified by oxygen radical absorbance capacity (ORAC) assay to determine proton-donating capacities of the egg yolk hydrolysates. The peptide fractions with the greatest antioxidant capacity (1501.1–1886.8 µM TE.g-1 protein) were produced by enzymatic hydrolysis with trypsin alone and presented some common features such as low molecular weight, composition in amino acids and phosphorus content. The enzymatic hydrolysis of phosphoproteins from commercially delipidated egg yolk proteins obtained by UF successfully produced peptide fractions with antioxidant activity, which can be increased through fractionation. The process studied in this project offers the possibility to produce egg yolk peptides with potential uses in functional and nutraceutical applications.
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thèse de doctorat