Brevet FR2659660A1 — publié le 19910920

La présente invention a pour objet un procédé d'extraction des protéines des cellules végétales , plus particulièrement des protéines non liées aux pigments chloroplastiques , ou protéines blanches Les végétaux feuillus contiennent des proportions élevées de matière protéique représentée par un très grand nombre de protéines, dont la plupart ont une fonction enzymatique On a l'habitude de classer ces protéines en distinguant celles qui sont liées aux pigments photorécepteurs et celles qui ne le sont pas. Les premières dites "protéines vertes" sont des protéines chloroplastiques et plus particulièrement les protéines intrinsèques des thylakoldes liées aux pigments pho torécepteurs caroténoïdes et chlorophylles , et contiennent en particulier les chromoprotéines des photosystèmes. Ces protéines ne peuvent être séparées facilement des pigments. Cette fraction a la propriété de co-précipiter par chauffage à des niveaux de température assez bas. La seconde classe est constituée de l'ensemble des protéines hydrosolubles , ou protéines blanches. Elles sont nombreuses et ont des localisations diverses dans les cellules. La majeure partie (50 à 70% de cette classe) est constituée par une protéine unique, qui de ce fait est la plus abondante dans le monde. I1 s'agit d'une enzyme à double fonction la "Ribulose - 1,5 biphosphate carboxylase oxygénase" ou Rubisco, responsable du déclenchement des phénomènes de photosynthèse et de photorespiration du cycle de Calvin Cette protéine de structure assez bien connue, est localisée dans le stroma des chloroplastes où elle se trouve à des concentrations de 100 à 300 mg/ml. Cette matière présenterait pour l'homme le double avantage d'une valeur d'efficacité alimentaire protéique élevée et de propriétés fonctionnelles bien caractérisées valorisables par les technologies agro-alimentaires. A ce jour cette source très abondante de matière protéique n'est valorisée qu'à travers les fourrages par les animaux et la consommation de certains végétaux tels que les feuilles d'épinard ou d'amaranthe. Divers procédés ont été mis au point ayant pour but l'extraction et la séparation des protéines blanches et des protéines vertes. Le brevet US 3 823 128 a pour objet un procédé comprenant des étapes de broyage et de pressage à froid, de chauffage du jus de pressage et de traitements chimiques afin d'obtenir des préparations de protéines blanches. La première étape de broyage et de pressage des matières végétales résulte en la formation d'un jus appelé jus vert , et d'un gâteau fibreux . Cette étape est effectuée à froid, en présence de divers additifs destinés à faciliter l'extraction ou à minimiser la détérioration des protéines. La seconde étape de ce procédé consiste en un chauffage du jus vert afin de précipiter les protéines vertes , tout en laissant en solution les protéines blanches Cette étape de chauffage est mise en oeuvre par injection de vapeur à une température comprise entre 55 et 700C durant une période allant de O et 40 secondes. Une phase de refroidissement rapide jusqu a une température d'environ 40 à 450C suit ce traitement par la vapeur. Enfin, une troisième étape est mise en oeuvre afin de séparer les protéines cytoplasmiques des liquides issus de l'étape de chauffage . A cet effet, plusieurs traitements sont envisagés : addition d'acide , traitement thermique à une température supérieure à 650C ou combinaison de ces deux traitements. Ce procédé,bien que permettant une extraction des protéines blanches, présente cependant des inconvénients notables En effet, le pressage de la matière végétale se fait à froid et de ce fait ne permet pas d'obtenir une siccité importante du gâteau fibreux résultant. D'autre part, l'injection de vapeur telle qu'effectuée dans ce procédé crée des surchauffes locales qui ont pour effet d'entrainer la coagulation simultanée des protéines vertes et d'une fraction des protéines blanches des matières végétales. Le brevet FR 2 294 647 , a pour objet un procédé comprenant une inversion des étapes principales par rapport au brevet US 3 823.128 précédemment analysé . En effet ce procédé comprend une première étape de traitement en milieu humide de la masse végétale par la température ou par voie chimique , suivie d'un pressage de la masse végétale ainsi traitée. Dans le cas du traitement thermique la température de la masse végétale est préférentiellement comprise entre 50 et 600C avec un pH allant de 5 à 8,5. Ledit traitement thermique se fait en milieu humide, et plus particulièrement en présence d'eau ou d'un sérum récupéré en fin de procédé et recyclé Ce procédé comporte des améliorations certaines par rapport au procédé précédemment décrit , la pressabilité et donc l'extraction de matière soluble sont augmentées, et les protéines vertes sont en partie retenues dans les tissus fibreux. On obtient donc un jus moins chargé en protéines. Le brevet 2.294.647 permet aussi de résoudre le problème de la surchauffe des tissus végétaux en effectuant l'étape de chauffage à l'aide d'un liquide, la quantité de liquide étant inversement proportionnelle à l'écart de température maximal que l'on veut obtenir dans la masse végétale; cette solution implique néanmoins l'utilisation de grandes quantités de fluides et donc des étapes supplémentaires d'extraction des protéines de ces fluides. Aucun de ces procédés ne résoud donc de manière satisfaisante le problème de l'extraction des protéines blanches ou protéines non liées aux pigments chloroplastiques des tissus végétaux et de la séparation de ces protéines et des protéines vertes. En effet, le procédé du brevet US 3 823.128 a pour inconvénient majeur d'entraîner la coagulation d'une certaine partie des protéines blanches en raison d'une surchauffe due à une température trop importante lors de l'étape de chauffage. Un contrôle de température, afin d'éviter une surchauffe entraînant une précipitation des protéines dites blanches est donc nécessaire, mais ce contrôle ne doit pas non plus entraîner des températures de chauffage trop faibles qui auraient comme inconvénient de ne pas précipiter les protéines vertes qui contamineraient alors les extraits de protéines blanches. De plus , le fluide utilisé dans l'étape de chauffage ne doit pas entraîner une dilution trop importante des protéines extraites qui rendrait nécessaire des étapes supplémentaires d'extraction, comme c'est le cas dans le brevet FR 2.294.647. La présente invention a donc pour objet un procédé présentant par rapport aux procédés décrits dans l'art antérieur une meilleure extraction des protéines blanches, c'est-à-dire des protéines non liées aux pigments des chloroplastes du fait d'une meilleure régulation de la température et d'une dilution limitée desdites protéines dans le fluide utilisé dans l'étape de chauffage Selon l'invention on a constaté que le contrôle de la température lors de l'étape de chauffage pouvait être effectué par ajustement de la pression lors de cette étape I1 a été aussi mis en évidence qu'une brusque dépression dans le système de traitement des matières végétales après la phase de montée en température augmentait la libération des fluides intracellulaires. La présente invention a donc pour objet un procédé d'extraction des protéines non liées aux pigments chloroplastiques, ou protéines blanches, des cellules végétales et de séparation de ces protéines et des protéines vertes comprenant au moins une étape de chauffage et une étape de pressage de la masse végétale, caractérisé en ce que ladite étape de chauffage est mise en oeuvre par injection de vapeur jusqu'à ce que la température atteigne une valeur fixée comme valeur maximale , fonction du type de végétaux , ladite température étant contrôlée par ajustement de la pression mise en oeuvre lors de cette étape. Cette valeur de la pression est choisie comme étant égale à la pression de vapeur saturante à la valeur maximale de la température. La valeur de la pression est fixe et connue de l'homme du métier, grâce à des tables de correspondance. Elle est égale à environ 12.ka à 500C et à 19 kPa à 600C. Selon un mode de mise en oeuvre préférentiel de l'invention, lorsque la température a atteint la valeur maximale fixée, l'injection de vapeur est arrêtée et la pression est abaissée de manière brutale afin de créer une dépression .Cette pression peut alors être abaissée jusqu'à 5 kPa. Le procédé permet donc, grâce au contrôle de la température,d'éviter une surchauffe de la masse végétale et une précipitation des protéines blanches. D'autre part, ce procédé utilisant de la vapeur comme fluide de traitement thermique évite la dilution des protéines à extraire. L'abaissement brutal de la pression permet un éclatement interne des cellules qui supplée ainsi la phase de dilacération des membranes par le broyage. Le procédé selon l'invention peut comprendre les étapes suivantes - introduction d'une quantité de matière végétale fraîche dans une enceinte fermée, - mise sous vide partiel de l'enceinte - injection de vapeur - maintien de l'injection de vapeur jusqu'à atteindre la valeur de température maximale fixée, - arrêt de l'injection de vapeur - mise sous vide poussé de l'enceinte. De manière préférentielle , la masse végétale est constituée de luzerne La valeur maximale de la température doit être ajustée en fonction du type de matériel végétal traité Cette valeur est d'environ 500C pour la luzerne. Ce procédé peut être effectué de manière continue ou discontinue mais il sera préférentiellement effectué de la manière discontinue. Les jus obtenus après l'étape de pressage peuvent être traités par toute méthode connue par l'homme de l'art afin d'en isoler les protéines et notamment par traitements thermique ou chimique. Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre à l'aide de tout appareillage connu de l'homme du métier et notamment à l'aide d'un appareillage comprenant un cuiseur pouvant résister à des basses pressions pourvu de moyens permettant le chauffage , la mise sous vide et l'injection de vapeur ainsi que de moyens de contrôle et de régulation de la pression et de la température, ledit cuiseur pouvant être raccordé à une pompe à vide,et étant couplé de manière connue à une presse. La description qui suit donne à titre illustratif et non limitatif des exemples d'application de l'invention. La figure 1 décrit les principales étapes du procédé selon l'invention, appliquées à la luzerne La figure 2 représente le schéma général d'un dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention La figure 3 représente un cuiseur pouvant être utilisé dans l'étape de cuisson de la matière végétale du procédé selon l'invention. EXEMPLES EXEMPLE 1 Procédé et dispositif d'extraction des protéines Le procédé de préparation schématisé sur la figure 1 , est un procédé d'extraction des protéines non liées aux pigments chloroplastiques ou protéines blanches , à partir de luzerne De la luzerne fraîche est placée dans l'enceinte du cuiseur,puis le cuiseur est mis sous vide partiel (1).La vapeur est ensuite injectée dans cette enceinte (2) jusqu'à ce que la valeur de température maximale soit atteinte. L'injection de vapeur est alors arrêtée (3). Une étape de mise sous vide poussé du cuiseur (4) peut alors être mise en oeuvre en fonction du matériel végétal et des conditions du procédé. Après cette étape ou après l'étape (3) le matériel végétal est serré dans une presse (5) d'où on tire après pressage (6) un jus brun et de la luzerne pressée. L'extraction des protéines (7) peut alors être effectuée par divers moyens , résultant en l'obtention d'un isolat protéique La figure 2 représente le schéma d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé d'extraction de protéines à partir de la luzerne selon l'invention . Cet appareillage comprend un cuiseur (101) qui peut être chauffé par exemple à 50"C à une pression de 12 kPa., et dans lequel la luzerne est chauffée sous pression, cette enceinte de cuisson pouvant être raccordée à une pompe à vide (102). La presse(103) permet d'obtenir d'une part un jus brun qui va ensuite être traité dans l'atelier d'extraction des protéines (104) et d'autre part de la luzerne pressée De ce jus brun sont extraits lors de l'extraction des protéines , un isolat protéïque et un sérum déprotéiné lequel est transféré dans un évaporateur (106) alimenté à l'aide de vapeur à 1050C. Le sérum concentré issu de cette étape est recyclé par mélange avec de la luzerne pressée et séché sur le sécheur à tapis (105) avant d'être mis en forme par un granulateur (108). Les condensats obtenus lors du passage du sérum dans l'évaporateur (106) sont fournis à une température de 90"C à un premier aérotherme (110). Un second aérotherme(l09)utilise de la vapeur pour une élévation de température de l'air préchauffé dans le premier aérotherme (110). Les condensats obtenus s'ajoutent à ceux de l'évaporateur. Sur cette figure les circuits de vapeur sont représentés par des lignes pointillées. Dans cet exemple le thermocompresseur(107) recomprime la vapeur à 95"C issue de l'évaporation du sérum dans l'évaporateur(106),avec de la vapeur à 1200 kPa. Dans ces conditions, il suffit de 38 kg de vapeur à 1200 kPa pour recomprimer 100 kg de vapeur à 95 C et pour produire 138 kg de vapeur à 1050C utilisable dans le cuiseur (101) dans l'évaporateur (106) et dans le second aérotherme (109). Le premier aérotherme (110) est alimenté par de l'air à 150C tandis que le second aérotherme est alimenté par de la vapeur à 105 C issue du thermocompresseur (107). L'air réchauffé dans le second aérotherme (109) est utilisé dans le sécheur à tapis (105). La figure 3 représente schématiquement un cuiseur utilisé dans le procédé selon l'invention; ce cuiseur est constitué d'un corps cylindrique horizontal (ll)dans lequel tourne une vis de manutention (12) . Ce cuiseur est alimenté en fourrage par l'orifice (13 ) , la matière végétale cuite étant retirée par l'orifice (14). Le vide est obtenu à l'aide d'une pompe à vide reliée au conduit(15), tandis que la vapeur est injectée par la partie inférieure du cuiseur au travers d'orifices (16 ). EXEMPLE 2 Comparaison du procédé selon l'invention et des procédés décrits dans l'art antérieur Une expérimentation a été conduite en Septembre 1989 pour comparer l'extractibilité de la Rubisco par des voies différentes . L'essai a été fait tard en saison quand la luzerne était d'une qualité exceptionnelle Les chiffres qui suivent sont donc à considérer davantage dans leurs valeurs relatives que dans leurs valeurs absolues. Les rendements par rapport à la matière sèche (M.S.) seraient certainement moins forts avec une luzerne de moins bonne qualité.En revanche , exprimées par rapport à la matière azotée totale (M.A.T.) , les valeurs peuvent être considérées comme plus représentatives Les résultats sont présentés dans le tableau et appellent les commentaires suivants - Dans le cas d'un simple "pressage à froid" (1père colonne ) la Rubisco a été dosée dans le jus total obtenu lui même avec un rendement de pressage élevé. Ce chiffre constitue donc une référence sévère . A noter par ailleurs, que l'extraction de la Rubisco à partir de jus vert obtenu par le procédé décrit dans le brevet US 3.823.128 , est peu réalisable et ne peut se faire sans une perte élevée . Par cette voie, le chiffre final serait donc inférieur à 4,3% de Matières Sèches ou 14,2 % des Matières Azotées qui sont les résultats obtenus dans cette expérimentation. - La seconde colonne présente le résultat du procédé du brevet FR 2.294.647 , , par recyclage d'eau et de sérum, appliqué à une température de 500C . Avec un très bon pressage , le rendement de Rubisco dans le jus est excellent mais sous une forme très diluée (3,5 g/l au lieu de 14,2 g/l dans le jus vert) et au prix d'une adjonction d'eau très importante (250 kg pour 100 kg de luzerne ) avec les inconvénients qui y sont liés (dilution, coût de séchage ou contrainte de rejet,perte de matières solubles...) Les quatre essais suivants mis en oeuvre à l'aide du procédé selon l'invention résument clairement les avantages de ce procédé. On constate qu'à la même température (50"C) que pour l'essai selon le procédé du brevet FR 2.294.647 par chauffage préalable avec eau et jus recyclés, le rendement est un peu amélioré (7% de plus), mais avec une augmentation de poids par adjonction d'eau de 8 à 8,5 kg qui est faible par rapport aux 250 kgs du procédé du brevet FR 2.294.647. Mais on ne constate aucun effet de la dépression brutale . Ceci s'explique certainement par la trop faible différence de pression, ou dépression, à ce niveau de température (tension de vapeur à 500C = 12 kPa.) En revanche à 60 C (tension de vapeur = 19 kPa.) l'effet de la dépression brutale est nettement perçu avec une augmentation de teneur en Rubisco de 7t par rapport à la teneur obtenue à la même température sans induire de dépression On notera cependant qu'à la température de 600C, une partie de la Rubisco reste coagulée dans le gâteau de pressage Procédé selon l'invention Pressage à Trempage Pressage après cuisson sous vide froid 50 C 50 C 50 C 60 C 60 C (brevet sans dépres- avec dépres- sans dépres avec dépres 2.294.647) sion brutale brutale sion brutale sion brutale matière sèche du produit 33,7 40 38,4 38,4 38,4 40,2 fibreux (%) issu du pressage Volume jus extrait au pressage (litres) 51,2 315 71,7 72,6 78,8 80,9 dont eau apportée directement ou par la vapeur 250 8,2 8,5 11,3 12,9 (litres) Teneur des jus de pressage en Rubisco(g/l) 14,2 3,5 14,6 14,6 8,9 9,5 Rubisco extraite/Matière sèche luzerne traitée (%) 4,3 5,9 6,3 6,3 4,5 4,9 Rubisco/ Matiére azotée totale de la luzerne traitée (%) 14,2 19,5 20,9 20,9 14,9 16,2 REVENDICATIONS 1.Procédé d'extraction des protéines non liées aux pigments chloroplastiques, ou protéines blanches, des cellules végétales et de séparation de ces protéines et des protéines vertes,comprenant au moins une étape de chauffage et une étape de pressage de la masse végétale, caractérisé en ce que ladite étape de chauffage est mise en oeuvre par injection de vapeur jusqu'à ce que la température atteigne une valeur fixée comme valeur maximale, fonction du matériel végétal, ladite température étant contrôlée par ajustement de la pression mise en oeuvre lors de cette étape. 2.Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque la température a atteint la valeur maximale fixée , l'injection de vapeur est arrêtée et la pression est abaissée de manière brutale. 3.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes -introduction d'une quantité de matière végétale fraîche dans une enceinte fermée, -mise sous vide partiel de l'enceinte -injection de vapeur -maintien de l'injection de vapeur jusqu'à atteindre la valeur de température maximale fixée, -arrêt de l'injection de vapeur, -mise sous vide poussé de l'enceinte. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 , caractérisé en ce que la masse végétale est constituée de luzerne. 5.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la valeur maximale de la température est d'environ 50"C. 6.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est effectué en discontinu 7.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pression est égale à la pression de vapeur saturante à la valeur maximale de température fixée. 8.Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que lorsque la température a atteint sa valeur maximale la pression est abaissée au minimum jusqu'à 5 kPa. 9.Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un cuiseur pouvant résister à des basses pressions, pourvu de moyens permettant le chauffage, la mise sous vide et l'injection de vapeur ainsi que de moyens de contrôle et de régulation de la pression et de la température, ledit cuiseur pouvant être raccordé à une pompe à vide , et étant couplé, de manière connue, à une presse. 10. Protéines pouvant être obtenues par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ou avec l'appareillage selon la revendication 9.