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AVERTISSEMENT Ce document est le fruit d'un long travail approuvé par le jury de soutenance et mis à disposition de l'ensemble de la communauté universitaire élargie. Il est soumis à la propriété intellectuelle de l'auteur. Ceci implique une obligation de citation et de référencement lors de l’utilisation de ce document. D'autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction illicite encourt une poursuite pénale. Contact : ddoc-theses-contact@univ-lorraine.fr LIENS Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 122. 4 Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 335.2- L 335.10 http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE Ecole Nationale Supérieure d’Agronomie et des Industries Alimentaires Laboratoire de Science et Génie Alimentaires THESE Présentée à l’Institut National Polytechnique de Lorraine Par Grodji Albarin GBOGOURI Pour obtenir le grade de Docteur de l’INPL Spécialité : Procédés Biotechnologiques et Alimentaires CO-VALORISATION DES PROTEINES ET DES LIPIDES RICHES EN LECITHINE ET EN ACIDES GRAS POLYINSATURES OMEGA 3 A PARTIR DE TETES DE SAUMON (Salmo salar) PAR HYDROLYSE ENZYMATIQUE Soutenue publiquement le 22 septembre 2005 devant la commission d’examen Membres du Jury : Rapporteurs : Monsieur Michel PINA, Directeur de Recherche CIRAD, Montpellier Madame Claude GENOT, Chargée de Recherche INRA, Nantes Examinateurs : Monsieur Jacques FANNI, Professeur, INPL-ENSAIA, Nancy Monsieur Joël HARDY, Professeur, INPL-ENSAIA, Nancy Monsieur Michel LINDER, Maître de Conférences, HDR, INPL-ENSAIA, Nanncy AVANT - PROPOS Ce travail a été réalisé au laboratoire de science et génie alimentaires de l’Ecole Nationale Supérieure d’Agronomie et des Industries Alimentaires, sous la direction du Professeur Jacques FANNI et la co-direction du Docteur Michel LINDER, HDR, à l’Institut National Polytechnique de Lorraine. Je tiens à remercier le Professeur Jacques FANNI pour sa disponibilité, son soutien scientifique et l’autonomie qu’il a su me donner tout au long de cette thèse. Je remercie très chaleureusement le Docteur Michel LINDER pour sa disponibilité quasi- immédiate, son soutien scientifique et ses conseils. J’adresse mes sincères remerciements au Professeur Stéphane DESOBRY, Directeur du laboratoire pour m’avoir accepter au sein du laboratoire. Toute ma reconnaissance va à l’endroit du Professeur Michel PAMENTIER pour ses conseils et son aide durant ses quatre années au laboratoire. Je tiens à remercier Mr Joël HARDY, Professeur à l’INPL-ENSAIA, pour avoir accepté de présider le jury de thèse. Je tiens aussi à exprimer toute ma gratitude à Madame Claude GENOT, HDR, Chargée de Recherche à l’INRA et à Monsieur Michel PINA, Directeur de Recherche au CIRAD, d’avoir accepté de juger ce travail en tant que rapporteurs. Tous mes remerciements à l’endroit de Madame Marie Noëlle Maucourt et Carole pour leur soutien technique et leur disponibilité éloquente. Mes remerciements s’adressent également à toute l’équipe du laboratoire de science et génie alimentaires notamment les doctorants, Elmira, Sandrine, Reine, Ghozlène, Elie DJANTOU et tous ceux que je n’ai pas pu citer. Je n’oublierai pas mon épouse Doudou Patricia pour sa patience, sa compréhension pendant la rédaction et son aide pour la préparation à la soutenance. Je pense aussi à mon fils. Merci à mes amis Adou, Dje et Arsène pour leur soutien. Merci à mon père et à ma mère pour leur soutien pendant toutes ces années d’études. Merci à mon Oncle Grodji Honoré pour son soutien spirituel. Publications : - Influence of hydrolysis degree on the functional properties of salmon by-products hydrolysates (Journal of food science, Vol. 69 (8): C615-C622. 2004) - Marine lecithin: Valuable source of long chain polyunsaturated fatty acids extracted from salmon heads (Salmo salar) by enzymatic process (Article soumis à Lipid Science and Technology) Communications scientifiques : - Communication orale au congrès Agoral de novembre 2004 à Nantes (16ème édition) : Extraction enzymatique des protéines et des lipides riches en acides gras polyinsaturés et en phospholipides à partir des têtes de saumon (Salmo salar). - Poster : Extraction enzymatique et caractérisation des phospholipides de tête de saumon (Séminaire école doctorale RP2E, janvier 2004 à Nancy). - Poster : Valorisation des protéines de têtes de saumon (Séminaire « doctoriale octobre 2002 » à la Bresse). - Poster : Polyunsaturated fatty acids in phospholipids and triacylglycerols in Atlantic salmon heads (Salmo salar): a potential by-product as "marine lecithin" (Congrès EuroFed, septembre 2004, Edingbourg, Ecosse) ABREVIATIONS A : absorbance AE : activité émulsifiante AGMI : acide gras monoinsaturé AGPI : acide gras polyinsaturé AGPI-LC : acide gras polyinsaturé à longue chaîne AGS : acide gras saturé B: consommation de base BHA : butyl-hydroxyl-anisole BHT : butyl-hydroxyl-toluène CCM : chromatographie sur couche mince CCM-DIF : chromatographie sur couche mince couplée à un détecteur à ionisation de flamme CE : capacité émulsifiante Da : dalton DH : degré d’hydrolyse DHA : acide docosahexaenoïque E/S : rapport Enzyme / Substrat EPA : acide eicosapentaenoïque g : gramme h : nombre de liaisons peptidiques clivées htot : nombre total de liaisons peptidiques IA : indice d’acide IAE : indice d’activité émulsifiante II : indice d’iode IP : indice de peroxyde IS : indice de saponification J/g : joule par gramme kDa : kilodalton LDL : lipoprotéine de faible densité LPC : lysophosphatidylcholine m2 : mètre carré mg : milligramme mM : millimolaire Mp : masse protéique NaOH : hydroxyde de sodium Nb : normalité de la base nd : non déterminé nm : nanomètre NS : azote soluble NT : azote total PAG : Protein Advisory Group PAGE : electrophorèse sur gel de polyacrylamide PC : phosphatidylcholine PE : phosphatidyléthanolamine PI : phosphatidylinositol PL : phospholipide PS : phosphatidylsérine SDS : dodécyl sulfate de sodium SE : stabilité émulsifiante SPM : sphingomyéline T : turbidité TAG : triacylglycérol TCA : acide trichloroacétique UA : unité Anson Va : volume aqueux Vt : volume total ι : distance parcourue par la lumière Ф : volume de la phase d’huile µg : microgramme µl : microlitre µm : micromètre ∆T : différence de turbidité ∆t : différence de temps ∑ : somme Å : Angström Sommaire SOMMAIRE Sommaire ABREVIATIONS I. INTRODUCTION GENERALE................................................................................... 2 II. SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE............................................................................. 6 II.1. Production et valorisation des co-produits de poisson....................................................... 9 II.1.1. Notions de co-produits et de déchets......................................................................... 9 II.1.2. Les co-produits de la pêche et de l’aquaculture française......................................... 9 II.1.3. Valorisation des co-produits du poisson................................................................. 11 II.1.4. Quelques produits dérivés destinés à l’alimentation humaine ou animale............. 11 II.2. Les protéines de poisson .................................................................................................. 13 II.2.1. Les différents modes d’extraction........................................................................... 13 II.2.2. Hydrolyse enzymatique et amertume des hydrolysats............................................ 20 II.2.3. Les propriétés fonctionnelles des hydrolysats protéiques....................................... 21 II.3. Les Lipides de poissons.................................................................................................... 28 II.3.1. Généralités sur les lipides........................................................................................ 28 II.3.2. Méthodes d’extraction des lipides............................................................................34 II.3.3. Des acides gras essentiels aux acides gras polyinsaturés à longue chaîne... .......... 37 II.3.4. L’huile de poisson : source d’acides gras polyinsaturés à longue chaîne............... 39 II.3.5. Les phospholipides du poisson................................................................................ 42 II.3.6. Quelques actions bénéfiques des acides gras polyinsaturés de l’huile de poisson................................................................................................44 II.3.7. Stabilisation des huiles riches en AGPI contre l’oxydation.................................... 47 II.3.8. Les méthodes de concentration des huiles en acides gras polyinsaturés................. 48 II.4. Conclusion........................................................................................................................ 53 III. MATERIELS ET METHODES......................................................................................54 III.1. Analyse des co-produits de saumon................................................................................ 57 III.1.1. Origine des co-produits.......................................................................................... 57 III.1.2. Caractéristiques morphologiques des têtes de saumon.......................................... 57 III.1.3. Préparation et conditionnement du substrat........................................................... 58 III.1.4. Analyse physico-chimique du substrat.................................................................. 58 III.1.5. Dosage des acides aminés.......................................................................................61 III.2. Hydrolyse enzymatique des protéines.............................................................................62 III.2.1. Enzymes utilisées....................................................................................................62 Sommaire III.2.2. Protocoles expérimentaux...................................................................................... 63 III.2.3. Optimisation de la réaction d’hydrolyse enzymatique........................................... 65 III.3. Hydrolysats protéiques.................................................................................................... 68 III.3.1. Caractérisation de la taille des peptides des hydrolysats protéiques ......................68 III.3.2. Les propriétés fonctionnelles des hydrolysats protéiques ......................................69 III.4. Fractions lipidiques des co-produits de saumon..............................................................71 III.4.1. Extraction des lipides............................................................................................. 71 III.4.2. Analyse des lipides................................................................................................. 73 III.4.3. Développement de la chromatographie sur couche mince .................................... 76 III.4.4. Fractionnement des classes de lipides sur colonne.................................................84 III.4.5. Analyse thermique des huiles par calorimétrie différentielle.................................84 III.4.6. Détermination de la composition en acides gras par chromatographie en phase gazeuse......................................................................................................... 84 IV. RESULTATS ET DISCUSSIONS..................................................................................87 IV.1. Introduction..................................................................................................................... 90 IV.1.1. Les objectifs de l’étude.......................................................................................... 90 IV.1.2. Nature et composition physico-chimique des co-produits..................................... 90 IV.1.3. Choix des protéases................................................................................................91 IV.2. Fraction protéique des têtes de saumon ......................................................................... 92 IV.2.1. Hydrolyse des protéines et cinétique enzymatique................................................ 92 IV.2.2. Propriétés fonctionnelles des hydrolysats protéiques.......................................... 107 IV.2.3. Conclusion .......................................................................................................... 112 IV.3. Fraction lipidique des têtes de saumon......................................................................... 112 IV.3.1. Extraction des lipides........................................................................................... 112 IV.3.2. Séparation des classes de lipides par chromatographie sur couche mince couplée à un détecteur à ionisation de flamme (Iatroscan®).............................................120 IV.3.3. Composition en acides gras des lipides............................................................... 125 IV.3.4. Composition en acides gras des lipides polaires et des lipides neutres de l’huile des culots protéiques........................................................................................127 IV.3.5. Analyse thermique différentielle des lipides ....................................................... 129 IV.3.6. Conclusion........................................................................................................... 133 V. CONCLUSION ET PERSPECTIVES...........................................................................134 Sommaire REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES............................................................................139 ANNEXES..............................................................................................................................154 2 2 INTRODUCTION GENERALE Introduction générale 3 I. INTRODUCTION GENERALE Les industries de la pêche et de l’aquaculture génèrent une quantité considérable de co- produits au cours des opérations de transformation telles que le filetage, l’étêtage, l’éviscération, le pelage, …etc. Ces co-produits également appelés « 3ème filet » par extension, sont principalement composés de têtes, de viscères, de peaux et d’arêtes. On estime que 50 % du poids de la production mondiale de poissons sont écartés comme co-produits lors des opérations de transformation (Mackie et al., 1982 ; Jeon et uploads/Science et Technologie/ 2005-gbogouri-g-a.pdf