Fractionnement de protéines végétales pour le développement d'ingrédients alimentaires infantiles hypoallergéniques et à teneur réduite en phytoestrogènes

par Benjamin Moras

Thèse de doctorat en Sciences des Agroressources

Sous la direction de Pierre-Yves Pontalier et de Gérard Vilarem.

Soutenue le 30-06-2015

à Toulouse, INPT , dans le cadre de École Doctorale Sciences de la Matière (Toulouse) , en partenariat avec Laboratoire de Chimie Agro-industrielle (Toulouse) (laboratoire) .

Le président du jury était Philippe Behra.

Le jury était composé de Gérard Vilarem, Farid Chemat, Stephanie Jung, Maria Aurora Fernandez, Denis Coulon.

Les rapporteurs étaient Farid Chemat, Stephanie Jung.


  • Résumé

    Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit ont pour but de développer des procédés industriels pour la production de quatre ingrédients alimentaires infantiles ayant des propriétés hypoallergéniques et des teneurs réduites en phytoestrogènes. Les propriétés nutritionnelles des protéines de riz et de soja en font des sources intéressantes. Néanmoins, plusieurs problématiques liées aux caractéristiques des produits apparaissent aujourd’hui : la présence de phytoestrogènes (isoflavones) dans les isolats protéiques de soja ; la difficulté à solubiliser et isoler les protéines de riz et la forte allergénicité des protéines dans le cas du soja. Ces travaux présentent l’étude du fractionnement des protéines de soja et de riz pour le développement : d’isolat protéique à teneur réduite en isoflavones ; isolat protéique de riz ayant une teneur supérieure à 90% de protéines ; hydrolysats protéiques de soja et de riz dont le profil de poids moléculaire est maitrisé et potentiellement hypoallergénique. Afin d’y parvenir, la réduction de la taille des protéines par des processus enzymatiques puis le contrôle de leur poids moléculaire ont dû être étudiés. Concernant l’élimination des phytoestrogènes (isoflavones), deux méthodes ont permis d’atteindre de hauts rendements d’extractions. En premier lieu, l’étude de l’extraction par éthanol via une optimisation à petite échelle, suivie d’une mise à l’échelle industrielle ont permis de développer un premier produit à teneur résiduelle en isoflavones inférieure à 50 μg/g de produit sec représentant une réduction de près de 98% de la teneur en isoflavones. Le second procédé étudié a été la rétention des isoflavones sur résine d’adsorption à partir d’un hydrolysat protéique de soja préalablement mis au point, et ceci, par l’utilisation de solution aqueuse sans étape préalable d’extraction. Ce procédé a fait l’objet d’une mise à l’échelle industrielle et d’une étude du comportement chromatographique des isoflavones. L’extraction des isoflavones par eau subcritique et CO2 supercritique est aussi présentée dans cette thèse. Elle a permis de mettre en évidence l’influence de la polarité des différents composés et de la teneur en protéines des produits de soja utilisés. Ces travaux de thèse ont aussi permis de définir un nouveau procédé pour la production d’isolat protéique de riz par l’intermédiaire d’enzymes de types cellulolytiques et amylases, à partir de coproduits issus de l’industrie du sirop de glucose. Des études sur des matières moins transformées telles que le son de riz et la farine ont aussi été étudiées pour la concentration des protéines. L’étude de l’hydrolyse des protéines de soja et de riz a été possible par le suivi de différents indicateurs tels que le pH, la solubilité des protéines, le degré d’hydrolyse, le profil de poids moléculaire par électrophorèse et par chromatographie d’exclusion stérique. Ces procédés ont permis la production de quatre nouveaux ingrédients pouvant être testés pour leurs caractéristiques hypoallergéniques avant une éventuelle production industrielle

  • Titre traduit

    Fractionation of vegetable proteins for the development of novel baby food ingredients with hypoallergenic properties and low content in phytoestrogens


  • Résumé

    The objectives of these works were to develop industrial processes for the production of four infant food ingredients with hypoallergenic properties and reduced levels of phytoestrogens. For this purpose, the nutritional properties of the rice and soy protein are promising. However, due to the presence of phytoestrogens (isoflavones) the consumption of soy protein isolates is a big concern for infant food security because the high exposure to these compounds, known to be endocrine disruptors. Consequently, it was first intended to develop a soy protein isolate with reduced content of isoflavones below 50 μg/g following the recommendations of French and European health authorities. Rice protein isolates are either non-existent on the market, or extremely rare. Therefore, the development of rice protein isolate with a minimum content of 90 % protein was another objective. For the sensitive population, such as infants, the aim of this work was also to develop soy and rice protein hydrolysates conferring hypoallergenic properties. To achieve this goal, the reduction of the size of proteins and the control of their molecular weight was studied. Two methods were used to achieve high extractions yields. A study of ethanol extraction ranging from small-scale optimization to industrial scale was used for a final product with a residual content in isoflavones below 50 μg/g. The second method was to retain isoflavones on adsorption resin from a soy protein hydrolysate. This was possible without preliminary extraction step by solvent. This method was also tested in the industrial scale. The chromatographic behavior of different isoflavones was also studied. The extraction of isoflavones with subcritical water and supercritical CO2 is also presented in this thesis even though these methods were not retained. These pressurized extractions showed the influence of the polarity of isoflavones and the protein content of soy products onto the isoflavone extraction. These works also identified a novel process for the production of rice protein isolate by the hydrolysis of polysaccharides with cellulolytic enzymes and amylases from concentrated protein byproducts from the glucose syrup industry. Studies on less processed materials such as rice bran and flour were also studied for protein isolation. The study of the hydrolysis by proteases of soy and rice proteins were monitored by various indicators such as pH, protein solubility, the degree of hydrolysis, the molecular weight profile by electrophoresis, and size exclusion chromatography. These processes are enabled for the production of four new ingredients that will be tested for their hypoallergenic characteristics before a large scale production.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 30-06-2025

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.