Intégration de la technologie d'électro-activation en solution comme approche écologique dans le processus de valorisation du tourteau de soja

Auteur(s): Gerliani, Natela
Direction de recherche: Aider, MohammedHammami, Riadh
Résumé: 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%.
Type de document: Thèse de doctorat
Date de publication: 2019
Date de la mise en libre accès: 7 août 2019
Lien permanent: http://hdl.handle.net/20.500.11794/35836
Université décernant le diplôme: Université Laval
Collection :Thèses et mémoires

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