Дисертації з теми "Protéines végétales dans l'alimentation humaine – Qualité"

Dans un contexte de changement global et d'exigence d'une alimentation saine, sûre et durable, la qualité des protéines végétales constitue un enjeu majeur. Les protéines du grain de blé couvrent près de 20 % des apports azotés chez l'adulte. Leur qualité santé repose notamment sur une richesse en acides aminés essentiels, l'absence de précurseurs de molécules néfastes telles que l'acrylamide, et un gluten plus digeste. Les stress abiotiques liés aux changements climatiques et à l'évolution des pratiques agronomiques sont autant de facteurs environnementaux impactant la teneur et la composition en protéines et en acides aminés du grain, et donc la qualité santé des protéines. L'influence des facteurs génétiques, environnementaux et de leur interaction sur la qualité santé des protéines du grain reste encore peu connue. Aussi, l'objectif de cette thèse consiste à quantifier et caractériser la diversité génétique de blés tendres cultivés sous contraintes environnementales, favorables à l'obtention de produits finis à forte digestibilité des protéines et faible teneur en acrylamide. Dans une approche « du champ à l'assiette », la digestion in vitro partielle de pains issus de 34 combinaisons génotypes-environnements a permis d'évaluer l'influence des variations phénotypiques au niveau du grain de blé sur la digestibilité des protéines de pains. Ces travaux ont révélé une variabilité génotypique pour le degré d'hydrolyse des protéines qui dépendrait de la teneur et composition protéiques de la farine utilisée pour la panification. En revanche, il n'existe pas de différence significative pour la digestibilité partielle des protéines de pains entre les variétés anciennes et modernes. L'analyse peptidomique des compartiments gastriques et jéjunaux du modèle mimant la digestion gastro-intestinale humaine indique que l'abondance des peptides libérés diffère selon les génotypes et leur lieu de culture. La concentration en asparagine libre du grain, précurseur de la formation d'acrylamide, varie selon le génotype et l'environnement. Elle semble contrôlée par plusieurs QTLs sans qu'aucun ne soit commun à plusieurs environnements. Au final, ces résultats apportent de nouveaux éléments de compréhension des facteurs génétiques et environnementaux influençant la qualité santé des protéines du grain de blé en vue de la sélection de variétés à plus forte digestibilité des protéines et plus faible teneur en acrylamide
Plant proteins quality is a major issue in the context of global changes and considering the need for a healthy, safe and sustainable diet. The wheat grain proteins provide almost 20 % of adult nitrogen intake. Their health quality notably relies on a high content of essential amino acids, the absence of precursors of harmful molecules such as acrylamide, and a more digestible gluten. Abiotic stresses due to climate change and changes in agronomic practices are environmental factors that impacts the protein and amino acid content and composition of grain, and therefore the health quality of proteins. Little is known about the influence of genetic and environmental factors and their interaction on the health quality of grain proteins. Therefore, the aim of this PhD is to quantify and characterize the genetic diversity of bread wheats grown under environmental constraints that are suitable to obtaining processed products with high protein digestibility and low acrylamide content. Based on a ‘field to fork' approach, the partial in vitro digestion of breads from 34 genotype-environment combinations were used to assess the influence of wheat grain phenotypic variations on the digestibility of bread proteins. This work revealed genotypic variability in the degree of protein hydrolysis, which would depend on the protein content and composition of the flour used for bread-making. However, there were no significant difference for bread protein partial digestibility between old and modern varieties. Peptidomic analysis of the gastric and jejunal compartments of the in vitro digestion model indicates that the abundance of the released peptides differs according to the genotypes and their growing environment. The concentration of free asparagine in the grain, a precursor to acrylamide formation, varies according to genotype and environment factors. It is controlled by several QTLs, but none of which is common to several environments. Ultimately, these results provide new insights into the genetic and environmental factors influencing the health quality of wheat grain proteins, towards selecting varieties with higher protein digestibility and lower acrylamide content

Le tourteau de colza obtenu après extraction industrielle de l'huile des graines est une source protéique végétale bien équilibrée en acides aminés essentiels et pourtant mal utilisée dans l'alimentation animale du fait de la présence de fibres et de facteurs antinutritionnels. Ce travail a poursuivi trois objectifs principaux : 1- Juger de l'influence de traitements technologiques sur la prise alimentaire : les effets des différents procédés sur la prise alimentaire sont peu différents sauf pour celui du dépelliculage-déshuilage à froid qui se distingue fortement des autres en entraînant une faible prise alimentaire. La fermentation du tourteau semble réduire la prise alimentaire par un effet dépendant de la moisissure. 2- Evaluer l'influence du facteur durée de la contrainte alimentaire sur la régulation de la prise alimentaire et sur l'évaluation de la qualité nutritionnelle du régime : un régime à 20% de protéines de tourteau de colza donné pendant 8 jours assure un bon entretien d'animaux adultes. Avec des régimes donnés 3 jours un effet palatabilité est observé pour le régime à base de tourteau industriel et des effets métaboliques pour les régimes à base de tourteau fermenté et de tourteau dépelliculé-déshuilé à froid. Une microstructure nycthémérale des repas est notée, comprenant un événement identique de compensation de la prise alimentaire quel que soit l'aliment 2h après le début de présentation du régime. La microstructure est variable au cours des 6h totales de présentation du régime en fonction de la nature de ce dernier. 3- Corréler les méthodes de mesure de la digestibilité à long terme in vivo à celles d'hydrolyses enzymatiques à court terme in vitro : les méthodes in vitro corrigées par l'indice chimique peuvent remplacer les méthodes in vivo classiques mais sont à utiliser avec précautions afin de ne pas réduire le processus de digestion à de simples protéolyses. L'assimilation des matières azotées du tourteau de colza industriel est tout-à-fait correcte car le chauffage et le toastage qu'il subit permettent la dégradation de facteurs antinutritionnels.

L’arachide (Arachis Hypogaea L.) est une légumineuse largement consommée dans les pays du Sud (Afrique, Asie et Amérique du Sud). Elle constitue dans ces pays un aliment peu coûteux, local et un apport nutritionnel de qualité. Cependant, les modes de consommation alternatifs à la graine d’arachide brute sont rares. Des produits alimentaires innovants à base de suspensions d’arachide gélifiées ont été développés par l’entreprise Onyx Développement. L’objectif de cette thèse est d’étudier les mécanismes de structuration de ces suspensions (via différents procédés physiques et enzymatiques), et les propriétés structurelles des gels formés. Des suspensions d’arachide ont été préparées par broyage, en présence d’eau salée, de graines préalablement blanchies. Nous avons montré que ces suspensions pouvaient gélifier par des procédés habituellement utilisés pour former des gels protéiques (acidification, traitement thermique et/ou action enzymatique). Les suspensions ont été fractionnées et la composition et le rôle dans le processus de gélification de chacune des fractions obtenues a été étudié. Les propriétés structurales des gels ont été évaluées par rhéologie et la microstructure du réseau observée par microscopie confocale. L’extraction des protéines à différentes forces ioniques nous a permis de solubiliser préférentiellement certaines globulines (arachine ou conarachine) et leur contribution respective à la structure du gel a été évaluée. L’effet de la concentration en protéines, de la fraction lipidique et de la fraction solide particulaire a notamment été caractérisé sur des gels obtenus par traitement thermique, avec ou sans pré-traitement enzymatique à l’aide de transglutaminase
The peanut (Arachis Hypogaea L.) is a legume widely consumed in southern countries (Africa, Asia and South-America). In these countries, it is an inexpensive, local food and a quality nutritional intake. However, alternative consumption patterns to raw peanut seed are rare. The company Onyx Développement has developed innovative food products based on gelled groundnut suspensions. The objective of this thesis is to study the structuring mechanisms of these suspensions (via different physical and enzymatic processes), and the structural properties of the gels formed. Peanut suspensions were prepared by grinding, in the presence of salt water, previously bleached seeds. We have shown that these suspensions can gel by processes usually used to form protein gels (acidification, heat treatment or enzymatic action). The suspensions were fractionated and each fraction was characterized in terms of composition and its role in the gelling process studied. The structural properties of the gels were evaluated by rheology and the microstructure of the network was observed by confocal microscopy. The extraction of proteins at different ionic strengths allowed us to preferentially solubilize certain globulins (arachin or conarachin) and their respective contribution to the gel structure was characterized. The effect of protein concentration, lipid fraction and particulate solid fraction were characterized in particular on gels obtained by heat treatment, with or without enzymatic pre-treatment with transglutaminase

De nombreux problèmes ont été identifiés lors des tentatives d’incorporation de protéines végétales dans nos aliments. En particulier, les faux goûts, le goût et la texture ont été mis en évidence comme de véritables obstacles à l’acceptabilité des produits végétaux par les consommateurs. Le consommateur lui-même est aussi un déterminant important en ce qui concerne le terme « acceptabilité ». Donc, dans le but de développer un nouveau produit fermenté à base de protéines de pois deux volets ont été étudié : le produit et le consommateur. Afin de comprendre la physico-chimie et l’acceptabilité de produits fermentés à base de protéines de pois, plusieurs facteurs ont été étudiés dans des étapes successives tels que la culture, les allégations positives sur la santé et l’environnement, les cocktails de souches lactiques et les procédés de préparation. Dès les premiers tests sensoriels, il était clair qu’il ne serait pas facile de convaincre les consommateurs de consommer des produits fermentés à base de pois : les consommateurs français n’acceptent pas les produits même à une faible concentration de pois (10 %). Ni la familiarité pour un produit proche de nos produits étudiés, ni l’encouragement des consommateurs à accepter ce type d’aliment en passant des messages positifs sur les protéines végétales n’étaient assez efficaces. Ainsi, une deuxième série d’études a été réalisée afin d’optimiser les propriétés rhéologiques et organoleptiques de ces produits. La meilleure combinaison, 1- cocktail bactérien (S. thermophilus + Lb. bulgaricus) 2- matière première (globuline de pois isolée dans notre laboratoire) 3- paramètres de préparation (mélange des deux laits avant le traitement thermique à 90 °C) a été sélectionnée afin d’optimiser les produits fermentés en ce qui concerne l’acidité, la fermeté, les profils volatils et peptidiques. Enfin, du point de vue sensoriel, une légère amélioration de l’acceptabilité a été remarquée. 20 % de protéines de pois a donné un produit accepté par la plupart des consommateurs, et 40 % de protéines de pois a été évaluée positivement par certains consommateurs et négativement par d'autres
Many problems have been identified following the attempts to incorporate vegetal proteins in our food. In particular, off-flavor, taste or texture have been highlighted as real barriers to the acceptability of plant products by consumers. The consumer himself is also an important determinant regarding the term "acceptability." So, in order to develop a new fermented product based on pea, two issues were studied: the product and the consumer. To understand the physico-chemical properties and the acceptability of pea protein-based fermented products, several factors have been investigated in successive stages such as culture, positive health and environmental claims, lactic acid bacteria strains and preparation processes. From the first sensory tests, it was clear that it will not be easy to convince consumers to buy the pea-based fermented product: French consumers did not accept products even in a lower concentration of pea (10%). Neither the familiarity to close products nor encouraging consumers to accept this type of food by transmitting positive messages about vegetal protein were efficient enough. Thus, a second series of studies was carried out in order to optimize the rheologic and organoleptic properties of these products. Best combination of 1- starter culture (S. thermophilus + Lb. bulgaricus) 2- raw material (pea globulin isolated in our laboratory) 3- preparation parameters (mixing both milk before heat treatment at 90 ° C) were selected to optimize the fermented products in terms of volatile compounds and peptide profiles, acidity and firmness. Finally, from the sensory point of view, a slight improvement in the acceptability was noticed. 20% of pea protein gave a product accepted by most of the consumers, and 40% of pea protein was assessed positively by some consumers and negatively by others

Pour tenter de resoudre le probleme de l'identification de l'espece zoologique d'origine dans les produits carnes thermises, deux variantes de la methode electrophoretique ont ete utilisees. Il s'agit de la methode uree-page pour les preparations a base de foie et de la methode sds-page pour les preparations a base de viande. Ces deux techniques se sont averees efficaces pour la differenciation de la plupart des especes etudiees: oie, canard, poule et dinde (pour les preparations a base de foie) et buf, cheval, mouton, porc, oie, canard, poulet, dinde et lapin (pour les preparations a base de viande). Dans les echantillons traites a une temperature inferieure ou egale a 100c, des pourcentages allant jusqu'a 10% d'une espece ont ete identifies dans un melange. Il etait meme encore possible d'identifier un taux de 5% mais dans ce cas une certaine prudence est necessaire dans toute interpretation. Par contre, a des temperatures superieures ou egales a 105c, le traitement thermique entraine une proteolyse importante et une diminution de la solubilite des proteines, ce qui rend tres difficile et delicate la lecture et l'interpretation des electrophoregrammes. La coloration au nitrate d'argent a permis de resoudre une partie de ces inconvenients, en particulier en raison de sa plus grande sensibilite qui permet d'obtenir un electrophoregramme interpretable avec de faibles quantites de proteines (0,05-0,1 ng)

Le but de cette thèse était d'évaluer la possibilité d'emploi de protéines d'origine végétale dans l'alimentation de deux espèces de poissons carnivores, l'une d'eau douce, la truite arc-en-ciel (Onchorynchus mykiss), et l'autre d'eau de mer, la daurade (Sparus aurata). L'objectif spécifique du travail que j'ai conduit était d'évaluer les effets d'un remplacement de la farine de poisson en pourcentages élevés (100 %) pour la truite et 75 % pour la daurade) par des ingrédients végétaux, sur la croissance et sur la qualité des poissons de taille commerciale, destinés à la consommation humaine. Les espèces considérées présentent un intérêt économique majeur pour l'aquaculture européenne. En 2001, 42000 t de truites arc-en-ciel ont été produites en France et 44000 t en Italie. En ce qui concerne la daurade, c'est une espèce dont la production est en constante augmentation. En France elle est passée de 100 t en 1992 à 1643 t en 2001, et en Italie de 1070 t en 1992 à 7800 t en 2001 (FAO, 2003).

Les hydrogels sont des réseaux tridimensionnels capables de retenir une grande quantité d'eau. Ils peuvent être formés à partir d'une large gamme de polymères, seuls ou en combinaison, et ont différentes applications en fonction de leur composition et de leurs caractéristiques rhéologiques. Dans l'industrie alimentaire, les hydrogels sont principalement conçus pour fonctionner comme un système porteur de composés bioactifs, ou pour adapter la texture et la rétention d'eau des aliments. La facilité de modulation de la structure et des interactions des micelles de caséine (CM) par l'application de traitements physiques, chimiques ou enzymatiques en font une excellente matrice protéique pour la formulation d'hydrogels. En raison de la bonne digestibilité des caséines, l'utilisation de MC peut être particulièrement intéressante dans le transport de bioactifs par ingestion orale. De plus, l'utilisation d'hydrogels de caséine peut également être un moyen d'incorporer davantage de protéines végétales dans l'alimentation humaine. Les mélanges de protéines végétales avec de la caséine ont été considérés comme une alternative plus durable à un régime basé principalement sur des protéines animales. Car, avec le mélange, les inconvénients des produits à base de protéines végétales pures, tels que le goût de haricot et la faible solubilité, peuvent potentiellement être atténués par la présence de caséines. Cependant, les interactions des CM avec des micromolécules telles que des composés bioactifs ou des macromolécules telles que des protéines, peuvent modifier les caractéristiques du gel. Ainsi, cette étude a proposé l'utilisation de l'hydrogel à base de caséine dans deux applications distinctes: i. en association avec des composés bioactifs extraits du Jabuticaba, utilisant la transglutaminase pour moduler la microstructure des gels; ii. en association avec des protéines de petit pois, dans des proportions différentes, soumises à des conditions de procédé habituellement appliquées dans l'industrie alimentaire telles que le traitement thermique et l'acidification. Aussi, des ultrasons de haute intensité ont également été appliqués pour améliorer les propriétés gélifiantes des systèmes mixtes de CMs : petit pois. L'ajout de l'extrait bioactif dans les gels a diminué l'élasticité du gel et augmenté la taille des pores. Cependant, ces effets ont été contrebalancés en utilisant la transglutaminase comme agent de réticulation, qui pourrait moduler la libération des extraits bioactifs du gel. Dans les systèmes CMs : protéines de petit pois, le traitement thermique a augmenté l'élasticité des systèmes avec un impact plus important dans les systèmes avec plus de protéines de petit pois. Le renforcement du réseau est causé principalement par des interactions physiques entre les protéines de petit pois. Les liaisons disulfure n'apparaissant qu'entre les protéines de la même source. Au cours de l'acidification, le remplacement de 20 et 40 % des CMs par des protéines de petit pois a provoqué des perturbations dans les premiers stades de formation du réseau tridimensionnel des CMs. Cependant, les élasticités finales des gels étaient plus élevées que dans le gel pur de MC, en raison de la gélification des protéines de petit pois. En général, les protéines de différentes sources forment des réseaux protéiques indépendants, même à des concentrations élevées. Malgré l'interaction réduite entre les CMs et les protéines de petit pois, leur distribution dans le gel est responsable de la modulation de la rigidité finale. De plus, l'application d'ultrasons de haute intensité dans les suspensions mixtes a augmenté l'élasticité des gels acides jusqu'à 10 fois, selon le rapport protéique. Cette étude montre que l'association des CMs avec des molécules bioactives ou des protéines de petit pois dans des systèmes gélifiés a le potentiel pour le développement d'aliments fonctionnels ou d'aliments aux caractéristiques rhéologiques totalement nouvelles
Hydrogels are three-dimensional networks able to entrap a high amount of water. They can be formed by a wide range of polymers alone or in combination and have different applications depending on their composition and rheological features such as in tissue engineering, drug delivery, or food application. In the food industry, hydrogels are mainly designed to work as a carrier system of bioactive compounds or to tailor the texture, mouthfeel, and water retention of foods. The facility to modulate Casein micelles (CMs) structure and interactions by application of physical, chemical, or enzymatic treatments, makes it an excellent protein matrix for the hydrogel's formulation. Because of the good digestibility of caseins, the use of CMs can be particularly valuable to deliver bioactive by oral ingestion. Moreover, the use of casein hydrogels can be also a way to incorporate more plant proteins into human food. The mixtures of plant proteins with caseins have been viewed as a more sustainable alternative to a diet based mainly on animal proteins. Since, in the mixture, the drawbacks of pure plant protein products, such as beany taste and low solubility, could be potentially diminished by the presence of caseins. Nevertheless, the CMs' interactions with micro molecules such as bioactive compounds or macromolecules such as proteins can alter the features of the gel. Thus, this study proposed the utilization of casein-based hydrogel in two distinct applications, i. in association with bioactive compounds extracted from Jabuticaba fruit with the use of transglutaminase for modulation of gels' microstructure and ii. in association with pea proteins (in different ratios) submitted to process conditions usually applied in the food industry such as thermal treatment and acidification, in addition, high-intensity ultrasounds also were applied to improve the gelling properties of the mixed systems of CMs: pea. The addition of the bioactive extract in the gels decreased the gel elasticity and increase the pore sizes. However, these effects were contra-balanced by using transglutaminase as the crosslinking agent, which could modulate the release of the bioactive extracts from the gel. In the CMs: pea proteins systems, the heat treatment increased the elasticity of the systems with a higher impact in the systems with more pea protein. The network reinforcement is caused mainly by physical interactions between pea proteins, with disulfide bonds occurring only between proteins of the same source. During acidification, the replacement of 20 and 40% of CMs for pea protein disturbed the initial steps of CMs network formation, however, the final gel elasticity was higher than pure CMs gel due to the formation of the pea's network. In general, the proteins of different sources form independent protein networks even in high concentrations. Despite the reduced interaction between CMs and pea proteins, their distribution in the gel is responsible for modulating the final stiffness. In addition, the application of high-intensity ultrasound in the mixed suspensions increased the elasticity of the acid gels up to 10 times, depending on the protein ratio. This study shows that the association of CMs with bioactive molecules or pea proteins in gelled systems has the potential for the development of functional foods or foods with totally new rheological features

La nouvelle tendance alimentaire prônant la consommation accrue de protéines végétales est liée aux effets négatifs sur la santé et l’environnement des produits d’origine animale. Pour répondre aux besoins des consommateurs, les industries agro-alimentaires développent ainsi des produits à base de protéines végétales.Parmi les différentes sources de protéines, le pois (Pitsum sativum) présente des avantages environnementaux, technologiques et nutritionnels. Néanmoins, son utilisation dans la formulation de produits reste fortement freinée par la présence de défauts sensoriels qui sont généralement décrits comme étant de type “beany”, “vert” et “végétal”. La fermentation est un des leviers de choix pour modifier la qualité de ces produits.Ce travail de recherche a donc consisté à étudier l’impact de la fermentation sur la perception sensorielle d’un produit type yaourt à base de protéines de pois. Des méthodes microbiologiques, physico-chimiques et sensorielles ont été mises en œuvre.Les molécules responsables des défauts dans la matrice non fermentée ont été identifiées par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse. Les aldéhydes, en particulier l’hexanal, les furanes, les alcools et les cétones sont les molécules majeures présentes dans cette matrice initiale.Divers microorganismes sélectionnés préalablement ont été cultivés sur cette matrice et leurs capacités d’acidification et d’aromatisation ont été évaluées. Des consortia de bactéries lactiques et de levures ont ainsi été sélectionnés apportant chacun les fonctionnalités recherchées.La modification de la perception des produits fermentés a été mise en évidence par des analyses sensorielles. L’origine de cette amélioration peut être liée à la production d'arômes fruités par les levures et/ou à la dégradation des défauts beany.Afin de mieux comprendre ce phénomène, des analyses sensorielles sur des solutions modèles de molécules cibles (méthodes de recombinaisons et d’omissions) ont été menées. En parallèle, des empreintes moléculaires par chromatographie en phase gazeuse couplée à l’olfactométrie ont été réalisées sur les produits fermentés.Ainsi, les esters produits par les levures ont un rôle déterminant dans l’amélioration de la perception sensorielle des produits fermentés à base de protéines de pois. Concernant les molécules responsables des défauts, l’impact dominant de certaines molécules dont l’hexanal et le 2-pentylfuran a été mis en évidence. Néanmoins, l’impact d’autres molécules de défauts, encore présentes dans la matrice fermentée, reste à approfondir. En particulier, il faudrait déterminer les seuils de perception dans ces matrices et étudier les effets d’interactions.Pour conclure, ce travail de thèse CIFRE nous a permis de déposer un brevet en vue du développement d’un ingrédient innovant, issu de la combinaison d’un procédé de fermentation et de stabilisation par séchage
The new food trend in favor of the increasing consumption of plant proteins is mainly linked to the negative effects of products of animal origin on health and environment. To meet consumers’ needs, agro-food industries are working on the development of plant protein-based products.Among the different sources of proteins, pea (Pitsum sativum) offers environmental, technological and nutritional advantages. However, its use in the formulation of products remains strongly hampered by the presence of off-flavors, described mainly as “beany”, “green” and “vegetable”. Fermentation is one of the means that could be chosen to modify the quality of these products.Therefore, this research consisted of studying the impact of fermentation on the sensory perception of a pea protein yoghurt-like product. Microbiological, physico-chemical and sensory methods were implemented.The molecules responsible for off flavors in the unfermented matrix were identified by gas chromatography coupled with mass spectrometry. Aldehydes, particularly hexanal, furans, alcohols and ketones are the major molecules present in this initial matrix.A variety of preselected microorganisms were cultured on this matrix, and their acidification and aromatization capacities were evaluated. Consortia of lactic acid bacteria and yeasts were selected, based on the desired functionalities that each provides.The modification of the sensory perception of fermented products was confirmed by sensory analyses. The origin of this improvement might be related to the production of fruity aromas by the yeasts and / or the degradation of off-flavors.In order to get a better understanding of this phenomenon, sensory analyses on model solutions of the targeted molecules (recombination and omission experiments) were performed.In parallel, molecular fingerprinting by gas chromatography coupled with olfactometry were carried out on the fermented products.Hence, the produced esters by yeasts played a decisive role in improving the sensory perception of pea protein fermented products. Regarding the molecules responsible for defects, the dominant impact of certain molecules including hexanal and 2-pentylfuran has been highlighted. Nevertheless, the effect of other off-flavor molecules, remaining in the fermented matrix, still needs further exploration. In particular, the perception threshold in these matrices needs to be determined and the interaction effects require exploration.To conclude, this industrial thesis allowed to file a patent pertaining to the development of an innovative ingredient, resulting from the combination of a fermentation process and stabilization by drying

Les protéines sont des nutriments majeurs de l’alimentation : elles sont consommées via l’ingestion de produits qui en sont naturellement riches, ou bien à travers de formulations alimentaires, où les protéines jouent un rôle d’ingrédient. Depuis les années 1980, des recherches sont menées afin de valoriser les protéines du tourteau de colza dans l’alimentation humaine, en tant qu’ingrédient, alors qu’actuellement cette ressource est utilisée pour l’alimentation animale. Dans le cadre d’une démographie mondiale toujours croissante, la valorisation des protéines du colza dans l’alimentation humaine est investiguée comme un moyen de satisfaire les besoins mondiaux en protéines. Le tourteau de colza contient deux types de protéines de stockage, les albumines et les globulines, dont le profil est équilibré en acides aminés soufrés et en lysine. De plus, afin de les utiliser en tant qu’ingrédient, il est important que ces protéines soient solubles et fonctionnelles (formation de mousses, émulsions, gels). Les propriétés physico-chimiques des albumines et des globulines sont différentes, d’où l’intérêt d’en faire deux ingrédients distincts. L’objectif de la thèse a donc consisté au développement de stratégies d’extraction de ces protéines afin de les valoriser en tant qu’ingrédient, avec un grade d’isolat. Pour ce faire, une démarche reposant sur la modélisation via les plans d’expériences, et sur l’optimisation multicritères, via des algorithmes génético-évolutionnaires, a été mise en place afin de mieux appréhender les phénomènes en jeu au cours de l’extraction. La première partie de la thèse a consisté au développement d’une méthode analytique permettant de quantifier individuellement les deux protéines. Cette méthode, par Chromatographie Liquide Haute Performance d’exclusion stérique, est originale et ne nécessite pas de calibration préalable. Il a été validé statistiquement qu’il s’agit d’un substitut viable aux références (Kjeldahl, densitométrie SDS-PAGE). Les procédés classiques sont réalisés en conditions alcalines pour atteindre de hauts rendements d’extraction. Les protéines sont ensuite séparées et purifiées, afin d’obtenir deux isolats aux propriétés fonctionnelles distinctes. Cependant, ces étapes entraînent des pertes non négligeables et des coûts. Ainsi, la deuxième partie de la thèse présente une stratégie reposant sur l’extraction sélective des protéines selon le pH. Les outils de modélisation et d’optimisation ont permis d’identifier des conditions opératoires (pH, ajout de sel) aboutissant à un procédé en deux étapes d’extraction. Deux scénarios ont été envisagés : la production d’un unique isolat, mélange des deux protéines ; ou bien la production de deux isolats, d’albumines et de globulines. Une originalité de ce travail a été de considéré la qualité du tourteau résiduel. A l’issue du procédé, il est très appauvri en protéines et peu valorisable en alimentation animale. C’est pourquoi, dans une troisième partie de la thèse, une nouvelle stratégie a été mise en œuvre pour optimiser l’extraction sélective des albumines à pH acide, afin de générer deux produits : un isolat d’albumines, pour l’alimentation humaine, et un tourteau riche en globulines, pour l’alimentation animale. L’utilisation d’outils de modélisation et d’optimisation multicritères ont permis d’étudier trois facteurs: le pH, la concentration en sel et la température du milieu d’extraction. Des rendements élevés ont été obtenus avec un procédé à 55 °C et l’extraction en conditions optimales a généré des albumines de colza aux propriétés structurales et fonctionnelles, comparables à celles issues d’un procédé à 20 °C. De plus, le tourteau résiduel conserve sa valeur avec un titre en protéines similaire à un tourteau initial, tout en contenant moins d’acide phytique, un antinutritionnel, co-extrait avec les albumines
Proteins are major nutrients for nutrition: they are consumed by the ingestion of products naturally rich in proteins, or by food formulation, where proteins are ingredients. Since the 1980s, research projects are carried out to increase the value of rapeseed meal and to use its proteins in human nutrition, as an ingredient, instead of being used for animal nutrition only. In the context of the ever-increasing demography, the use of rapeseed protein has been investigated as a mean to fulfill the needs in proteins worldwide. Rapeseed meal is composed of two main storage proteins, albumin and globulin, with an amino acid profile balanced regarding sulfuric and lysine residues. Moreover, to be used as ingredient, it is crucial that these proteins are soluble and functional (to form foams, emulsions, gels). The physico-chemical properties of albumin and globulin are different. That is why, it is of interest to make two distinct ingredients. The main objective of the thesis was to develop strategies to extracts these proteins to use it as ingredients (isolate grade). To do so, an approach based on modelling by design of experiments, and on multicriteria optimization through genetico-evolutionary algorithms, was applied to better understand the phenomenon at play during extraction. The first part of the thesis consisted in the development of an analytical method that would allow the separate quantification of both protein contents. This method, developed by High Performance Liquid Chromatography, Size-Exclusion, is original and is calibrationless. Statistics were used to prove the possible substitution of the reference techniques (Kjeldahl, SDS-PAGE densitometry) by this method. Classical processes of extraction are carried out under alkaline conditions to reach high yields. Then, proteins are separated and purified to give two isolates with distinct functional properties. However, these steps imply non-negligible losses and costs. Hence, the second part of the thesis presents a strategy based on selective extraction of proteins with the pH. Modelling and optimization tools were used to identify operating conditions (pH, salt added) resulting in a two-step process. Two scenarios were considered: the production of a unique isolate, a mix of both proteins; or the production of two isolates, albumin and globulin-rich. An original feature of the work was the consideration of the quality of the residual meal. At the end of this process, the meal is very poor in proteins and thus, has low value for animal nutrition. That is why, the third part of the thesis consisted in developing a new strategy to optimize the selective extraction of albumin at acidic pH, to yield two products: a protein isolate, for human nutrition, and a meal rich in globulins for animal nutrition. Modelling and optimization tools were used to assess the impact of three factors: pH, salt content and temperature of the extraction medium. High yields were obtained at 55°C, and the optimal conditions resulted in rapeseed albumin with comparable properties (functional and structural) than at 20°C. Moreover, the residual meal was still valuable with a protein content similar to the initial meal and with less phytic acid, an antinutritional molecule, co-extracted with albumin

Les systèmes alimentaires occidentaux ne sont pas durables en termes d‘impacts environnementaux et d‘effet sur la santé. Une solution est de revisiter les modes de consommation en favorisant les produits à base de protéines végétales. Cependant, un des verrous à l‘introduction des protéines végétales dans notre alimentation est leurs défauts sensoriels qui sont un frein à l‘acceptabilité des produits par les consommateurs. La fermentation est un procédé ancien qui pourrait être un levier à ce verrou sensoriel. Dans ce contexte, l‘objectif de ce projet de thèse est d‘étudier les bénéfices sensoriels apportés par la fermentation de gels enrichis en protéines végétales à l‘aide de consortia microbiens sélectionnés. Pour cela, une stratégie alliant analyses sensorielles, microbiologie et physicochimie a été mise en œuvre. Deux types de matrices contenant 10% de protéines et 10% d‘huile de colza ont été étudiés : la première est constituée de 100% de protéines de pois et la deuxième est constituée d‘un mélange de protéines de lait (50%) et de pois (50%). Sur la base des connaissances de la matrice et des propriétés fonctionnelles des micro-organismes, 56 souches microbiennes ont été sélectionnées. Une stratégie raisonnée d‘assemblage de ces souches a été mise en place, basée sur la répartition équilibrée selon leur groupe phylogénétique, mais aussi sur la connaissance experte des fonctions cibles aromatiques recherchées. En parallèle, plusieurs procédés de gélification ont été étudiés pour structurer les gels. Dans un premier temps, la fermentation a été étudiée sur des émulsions non gélifiées pour permettre la sélection des communautés microbiennes spécifiques pour chaque matrice. Dans un second temps, le potentiel d‘adaptation et de fonctionnement des écosystèmes sélectionnés ont été étudiés sur les émulsions gélifiées. La croissance et l‘abondance des microorganismes dans les gels après trois et sept jours de fermentation ont été évaluées sur milieu spécifique et le potentiel aromatique des consortia a été cartographié par un panel sensoriel.Dans une dernière partie du travail, les défauts/bénéfices sensoriels de la fermentation ont été étudiés de point de vue sensoriel et analytique. Les résultats montrent un fort potentiel d‘implantation des bactéries lactiques (principalement Lactobacillus plantarum, Lactobacillus rhamnosus, Lactococcus lactis et Lactobacillus casei) et de la majorité des eucaryotes (en particulier Mucor et Geotrichum) pour l‘émulsion mixte comme pour l‘émulsion végétale. Même si les souches appartenant aux groupes Actinobacteria et Proteobacteria ne soient pas compétitives vis-à-vis de la flore endogène (Bacillus), certaines espèces comme Hafnia alvei, Acinetobacter johnsonii et Glutamicibacter arilaitensis, ont montré une forte croissance quand elles sont inoculées en associations. Des notes aromatiques spécifiques pour chaque émulsion ont été générées permettant de masquer la note végétale « verte » caractéristique du pois. Ainsi, deux consortia ont pu être sélectionnés sur la base de notes lactiques et fruitées pour l‘émulsion végétale (VEGAN), et de notes fruitées pour l‘émulsion mixte (MEGAN). Le potentiel d‘adaptation de ces deux consortia dépendait de la composition et de la structure des gels. Ainsi, le consortium VEGAN semble bien adapté pour le gel végétal et génère des notes torréfiées/grillées, alors qu‘il génère des notes laitières (crème fraiche/caillé frais) dans le gel mixte. Le consortium MEGAN s‘implante très bien dans les deux types de gels, générant des notes fromagères et fruitées dans le gel mixte, mais ne permet pas de masquer les notes vertes dans le gel végétal. Les défauts sensoriels attribués aux notes vertes et à l‘amertume sont liés principalement à la présence des aldéhydes et des acides aminés hydrophobes respectivement, mais restent encore à approfondir. (suite et fin du résumé dans la thèse)
Western food systems are not sustainable in terms of environmental impacts and health effects. One solution is to revisit consumption patterns by favoring products based on plant proteins. However, one of the barriers to the introduction plant proteins in our diet is their sensory defects which can be obstacles for the acceptability of products by consumers. Fermentation is an ancient process that could be a solution to this sensory issue. In this context, the aim of this PhD thesis is to study the sensory benefits provided by the fermentation of plant protein-based gels using selected microbial consortia. In order to accomplish this, a strategy combining sensory analyzes, microbiology and physicochemistry was implemented. Two types of matrices containing 10% protein and 10% rapeseed oil were studied: the first consists of 100% pea protein and the second consists of a mixture of milk proteins (50%) and pea proteins (50%).Based on knowledge of the matrix and the functional properties of microorganisms, 56 microbial strains were selected. A reasoned strategy of assembly of these strains was put in place, based on the balanced distribution according to their phylogenetic group, but also on the expert knowledge of the desired aromatic functions. In parallel, several gelling processes were studied to structure the gels. In the first step, the fermentation was studied on non-gelled emulsions to allow the selection of specific microbial communities for each matrix. In the second step, the adaptation and functioning potential of the selected ecosystems were studied on gelled emulsions. The growth and abundance of microorganisms in the gels after three and seven days of fermentation were evaluated on a specific growing medium and the aromatic potential of the consortia was mapped by a sensory panel. In the final section of this study, the sensory defects / benefits of fermentation were studied from a sensorial and analytical point of view. The results show a highpotential for implantation of lactic acid bacteria and the majority of eukaryotes (in particular Mucor and Geotrichum) for the mixed emulsion and for the vegetable emulsion. Although strains belonging to the Actinobacteria and Proteobacteria groups are not competitive with endogenous flora (Bacillus), certain species such as Hafnia alvei, Acinetobacter johnsonii and Glutamicibacter arilaitensis, have shown strong growth when inoculated into associations. Specific aromatic notes for each emulsion were generated to mask the green note characteristic of peas. Thus, two consortia were selected on the basis of lactic and fruity notes for the vegetable emulsion (VEGAN), and fruity notes for the mixed emulsion (MEGAN). The adaptation potential of these two consortia depended on the composition and structure of the gel. Thus, the VEGAN consortium seems well suited for vegetable gels and generates roasted / grilled notes, while it generates dairy notes (fresh cream / fresh curd) in the mixed gels. The MEGAN consortium implements itself very well in both types of gels, generating cheesy and fruity notes in the mixed gel, but does not mask the green notes in the vegetable gels. The sensory defects attributed to green notes and bitterness are mainly related to the presence of aldehydes and hydrophobic amino acids respectively, but still need to be deepened. This study validated a proof of concept of formulation of fermented food products and will create opportunities for innovation

Ce travail présente l'étude de la valorisation des graines de soja par différents traitements technologiques traditionnels (germination, coagulation et fermentation). Les propriétés physico-chimiques des produits obtenus ont été déterminées. La valeur nutritionnelle et les propriétés biologiques, notamment le métabolisme lipidique des produits, ont été étudiées chez le rat normal (souche wistar), de 50 g, nourri pendant six semaines avec un régime à 10% de protéines, libre de cholestérol. Ces traitements entraînent des modifications des constituants des graines très complexes. Ceci mérite d'être suivi d'expérimentations supplémentaires, afin d'exploiter au mieux ces produits dans le domaine de la diététique ou de l'industrie alimentaire

Cette étude a été menée dans le but d’explorer les nouvelles sources de protéines à valeur nutraceutique. Les graines de Ricinodendron heudelotii (Bail. Pierre ex Pax) et de Tetracarpidium conophorum (Müll. Arg) ont d’abord été cuites dans de l’eau bouillante pendant 90 et 30 min qui sont respectivement leurs temps optimums de cuisson. Après délipidation et tamisage des tourteaux, la fraction 400 - 500 µm s’est révélée la plus représentative avec plus de 70 % et riche en azote protéique (6–7% MS). Les concentrats et les isolats protéiques ont été préparés à partir des tourteaux respectivement dans l’eau distillée à pH 4,5 et dans une solution de NaOH à 0,2 % (R. heudelotii), une solution de NaCl 0,6 M (T. conophorum) à pH 11. Ces concentrats (65 – 75 % MS de protéines) et ces isolats protéiques (81 – 92 % MS de protéines) ont une composition physico-chimique différente (P < 0,05) de celle des tourteaux. Pour les deux Euphorbiacées, les capacités de rétention d’eau (367 – 467 g / 100 g d’échantillon), de rétention d’huile (256 – 410 g / 100 g d’échantillon) et moussante (68 – 71 %) sont maximales dans les isolats protéiques tandis que les capacités gélifiante (6 – 14 %) et émulsifiante (63 – 87 %) le sont dans les concentrats protéiques. Les teneurs en acides aminés essentiels des tourteaux de R. heudelotii et de T. conophorum sont comparables à celle de la protéine de référence. L’étude de la digestibilité enzymatique in vitro a montré que l’azote libéré après 6 h est supérieur à 90 % dans les concentrats et les isolats protéiques. La digestibilité protéique in vivo indique que le gain de poids des rats mâles âgés de 21 ± 3 jours durant 15 jours d’expérimentation ainsi que les paramètres de rétention azotée sont plus importants avec les régimes à base de l’aliment de référence (caséine) et du tourteau de T. conophorum. Les valeurs corrigées des paramètres de digestibilité par l’indice chimique des acides aminés laissent apparaître que le tourteau de T. conophorum renferme les protéines de très bonne qualité nutritionnelle, autant que la caséine
This study was conducted in order to look for alternative sources of proteins having nutraceutic value. The grains of Ricinodendron heudelotii (Bail.) and Tetracarpidium conophorum (Müll. Arg) were first cooked in boiled water at their optimal cooking time for 90 and 30 min respectively. After defating, sieving of the defatted cakes showed that samples with a granulometry of 400 - 500 µm were most representative (more than 70%), containing more proteic nitrogen (6–7 %). Protein concentrates and protein isolates were prepared from defatted cakes respectively in distilled water at pH 4.5 and in NaOH 0.2% (R. heudelotii) and NaCl 0.6M (T. conophorum) at pH 11. Physico-chemical properties of protein concentrates (65 – 75 % of proteins) and protein isolates (81–92 % of proteins) were different from those of the defatted cakes. Water holding (367 – 467 g / 100 g of sample), oil holding (256 – 410 g / 100 g of sample) and foaming capacities (68 – 71 %) were highest with protein isolates whereas gelling (6 – 14 %) and emulsion capacities (63 – 87 %) were highest with concentrates. The amounts of essential amino acids in both defatted flours were comparable to the value in FAO / WHO (2007) scoring pattern. Nitrogen liberated after 6 h of enzymatic digestibility was more than 90 % both in the proteins concentrates and isolates. In vivo studies carried out on 21 ± 3 days old Sprague Dawley male rats for 15 days showed that gain of weight and nitrogen retention parameters were higher for rats that consumed casein and T. conophorum defatted cake. Corrected values of nitrogen digestibility of the analysed samples showed that T. conophorum defatted cake contains protein source with good nutritional quality

La cicatrisation complète de la muqueuse, définie comme l'absence de lésions visibles par endoscopie, est considérée comme un objectif thérapeutique dans la prévention des complications associées aux Maladies Inflammatoires Chroniques de l’Intestin (MICI).Dans ce contexte, le rôle de l’apport protéique alimentaire et les besoins protéiques nécessaires à la cicatrisation ont été peu étudiés. L’objectif de cette thèse était d’évaluer l’effet du niveau d’apport protéique alimentaire sur la réparation épithéliale après un épisode inflammatoire intestinal dans un modèle murin de colite chimio-induite. Dans un premier temps, l’analyse de la progression de certains modulateurs impliqués dans le processus cicatriciel a mis en évidence que la réparation colique s’initiait et se consolidait avant que l’inflammation ne soit résolue et cela, dans un contexte où la composition du microbiote adhérent à la muqueuse était altérée de manière persistante. Les effets de trois régimes alimentaires ayant un niveau d'apport protéique différent (moyen, modérément élevé et élevé) ont ensuite été évalués sur la réparation de la muqueuse colique, ce qui a permis de montrer qu’au-delà d’un certain seuil, le niveau d’apport protéique aggravait et perpétuait l’inflammation colique. En revanche, un apport modérément élevé en protéines était bénéfique par rapport à un apport moyen, de par ses effets sur la perméabilité colique, l'hyper-prolifération cryptique, l’expression de plusieurs gènes codant pour des facteurs de réparation et sur la modulation de la composition du microbiote adhérent. Enfin, ces travaux ont montré que l’inflammation et le niveau d’apport en protéines affectaient le métabolisme protéique dans des organes non-cibles de l’inflammation colique en association avec une endotoxémie persistante.Ce travail a ainsi permis de mieux comprendre les événements locaux et périphériques impliqués dans la cicatrisation de la muqueuse colique et leur modulation par un apport majoré en protéines suite à un épisode inflammatoire aigu
Advanced mucosal healing, defined by endoscopy as the absence of visible lesions, is considered as a therapeutic goal in the prevention of complications associated with IBD.In this context, the role of dietary protein intake and the protein requirements for mucosal healing have been poorly studied. The aim of this thesis was to evaluate the effect of dietary protein intake level on epithelial repair after an acute intestinal inflammatory episode in a murine model of colitis. Firstly, the progression analysis of several modulators involved in the repairing process showed that colonic repair can be initiated and consolidated in the context of inflamed mucosa, associated with persistent alterations of the colonic luminal environment. The effect of three diets with different levels of protein intake (average, moderately high and high) on colon mucosa repair were evaluated in the same model. This study showed that, beyond a threshold, the level of protein intake aggravated and perpetuated colitis. However, a moderately high protein intake was beneficial due to its effect on colonic permeability, cryptic hyper-proliferation, expression of multiple genes encoding repair factors, and composition modulation of the mucosal-adherent microbiota. Finally, both inflammation and dietary protein intake levels altered protein metabolism of other organs at the periphery of the inflammation in association with persistent endotoxemia.This work deepened the understanding of the events involved in the epithelial repair process and their modulation by an increase in the dietary protein intake after an acute episode of colitis