Valorisation de co-produits végétaux de l'industrie agro-alimentaire pour la stabilisation d'émulsions Clean-Label

Valorizing agri-food by-products for Clean-Label Emulsions stabilization

• Auteur / Autrice : Charlotte Hollestelle
• Direction : Camille Michon, Delphine Huc-Mathis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des aliments et des bioproduits
• Date : Soutenance le 12/03/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Paris-Saclay Food and Bioproduct Engineering (Massy, Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : AgroParisTech (France ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-….)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : JRS Rettenmaier
• Jury : Président / Présidente : Claire Berton-Carabin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Véronique Schmitt, Michel Grisel, Nicolas Huang, Jean-Baptiste Boitte, David Blumenthal
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Véronique Schmitt, Michel Grisel
• DOI : 10.70675/1fdc51eczcc4ez42f6z989az1a03fe8cc48c

Mots clés

Mots clés contrôlés

Émulsions

Stabilité

Émulsions de Pickering

Coproduits

Microstructure (physique)

Interfaces (sciences physiques)

Mots clés libres

Systèmes dispersés

Physico-Chimie

Plan d'expériences

Microstructure

Rhéologie

Science des matériaux

Dispersed systems

Physico-Chemical

Experimental design

Microstructure

Rheology

Material Science

Résumé

La valorisation de co-produits végétaux de l'industrie agroalimentaire sous forme de poudres brutes (non chimiquement modifiées) en alternative aux émulsifiants conventionnels permettrait de proposer des produits en adéquation avec la demande croissante de produits ''Clean-Label'' tout en s'inscrivant dans une démarche durable de réduction du gaspillage alimentaire. L'objectif de cette étude est d'explorer et d'évaluer le potentiel des poudres de co-produits végétaux de l'industrie agro-alimentaire comme source renouvelable d'ingrédients non purifiés, fractionnés ou chimiquement modifiés pour stabiliser des émulsions. Leur potentiel en tant que stabilisants d'émulsions a été évalué en 3 étapes : 1) criblage permettant de sélectionner 3 co-produits d'intérêt représentant de grandes catégories de biomasse ; 2) étude mécanistique multi-échelle des mécanismes de stabilisation d'émulsions par des poudres végétales avec un focus sur la structuration des interfaces huile-eau hybrides ; 3) modélisation multicritère et sous contraintes visant à relier les propriétés fonctionnelles désirées des émulsions avec les paramètres clés de formulation et de procédé. Les principaux résultats ont démontré la synergie entre les fractions solubles et insolubles, mettant en évidence l'intérêt du non fractionnement du co-produit en premier lieu. Des hypothèses de structuration des émulsions ont ainsi pu être avancées, après la décoration et la quantification des effets des facteurs de composition et de procédé. Des outils d'aide à la formulation ont été conçus, permettant de contrôler les propriétés des émulsions à partir de divers facteurs, ou inversement dans une approche d'ingénierie inverse. Ainsi, la thèse s'inscrit dans une approche originale du génie de l'hétérogénéité pour mieux maîtriser la formulation d'émulsions ''Clean-Label'' stabilisées par des ingrédients végétaux non fractionnés.

The valorization of vegetal by-products from the agri-food industry, in the form of crude powders (untouched by chemical modification), offers a promising alternative to conventional emulsifiers, aligning with the increasing consumer demand for Clean-Label products while advancing sustainability goals to reduce food waste. This study aims to investigate and assess the potential of vegetal by-product powders as a renewable source of unprocessed ingredients for stabilizing emulsions. The evaluation process involves three main phases: 1) initial screening to identify three co-products representing major biomass categories; 2) Multi-scale mechanistic study of emulsion stabilization mechanisms by vegetal powders with a focus on the structuring of hybrid oil-water interfaces; and 3) a multi-criteria modeling approach to correlate desired emulsion properties with key formulation and processing parameters. The findings underscore the inherent synergy between soluble and insoluble fractions, emphasizing the significance of valorizing by-products in their unprocessed state. Hypotheses regarding emulsion structuring were proposed after decoupling and quantifying the effects of composition and process factors. Formulation aid tools were developed to design tailor-made emulsions using a reverse engineering approach. The thesis introduces a unique method of heterogeneity engineering to promote the sustainable use of unrefined ingredients for emulsion stabilization.