Brevet FR2663335A1 — publié le 19911220

La présente invention concerne un procédé pour améliorer certaines des propriétés fonctionnelles d'une matière protéique dénaturée d'origine végétale. Les produits protéiques végétaux retirés de graines et de feuilles sont utilisés comme produits de remplacement et de dilution pour des protéines provenant de sources ani- males, marines et aviaires Ces produits protéiques végétaux sont généralement des matières pauvres en graisses ou dégraissées Ils sont couramment appelés des "farines" s'ils contiennent moins de 65 % de protéine, des "concentrés" s'ils contiennent 65 à 90 % de protéine et des "isolats" s'ils contiennent plus de 90 % de protéine Certains procédés pour la fabrication de produits protéiques végétaux comprennent généralement un traitement thermique et une extraction par l'alcool aqueux, ainsi que d'autres traite- ments chimiques et conditions appliquées qui dénaturent ou réduisent sensiblement les propriétés fonctionnelles des produits protéiques Les propriétés fonctionnelles de ces protéines se caractérisent par leur aptitude à retenir les huiles ou graisses et l'eau, à s'émulsionner et à former des produits protéines à consistance ferme. Etant donné que ces propriétés fonctionnelles de la protéine contenue dans un produit protéique végétal sont des caractéristiques souhaitables dans de nombreuses applica- tions, par exemple pour leur incorporation à des composi- tions alimentaires (telles que des produits laitiers, des produits de boulangerie et des produits à base de viande) et dans des applications industrielles (par exemple dans l'industrie du couchage du papier), l'amélioration de ces propriétés dans des matières protéiques peu fonctionnelles revêt donc une grande importance économique et techno- logique. Bien que l'une des propriétés fonctionnelles d'une protéine soit sa solubilité, les autres propriétés ne sont pas nécessairement tributaires de la solubilité des pro- téines et les autres propriétés fonctionnelles d'une protéine soluble peuvent être mauvaises, tandis qu'une protéine peu soluble peut avoir de grandes propriétés fonctionnelles Il est bien connu en soi qu'une protéine qui est normalement soluble à des p H autres que son p H iso- électrique présente une solubilité réduite dans toutes les gammes de p H lorsqu'elle se dénature, et n'est pas affectée par de simples traitements alcalins ou acides qui ne modi- fient que le p H De même, la dénaturation fait disparaître la plupart des propriétés fonctionnelles initiales, comme mentionné ci-dessus. Les enseignements de l'art antérieur indiquent que pour introduire ou régénérer certaines de ces propriétés fonctionnelles dans une matière dénaturée, il faut appliquer des températures élevées, supérieures au point d'ébullition de l'eau, (telles qu'obtenues avec des appareils de cuisson à jet de vapeur) ou de grandes forces de cisaillement (telles qu'obtenues par l'application de pression et cavitation successives, par exemple en utilisant un homogénéiseur centrifuge) sur une suspension aqueuse, légèrement alcaline, de la matière protéique dénaturée. Le brevet des E U A N O 4 113 716 enseigne un pro- cédé pour l'obtention de fractions améliorées de protéine de soja à partir de protéine de soja préalablement dénaturée, en faisant cuire une suspension aqueuse légèrement alcaline de la protéine de soja dénaturée à des températures com- prises entre 1100 C et 150 'C dans une chambre de cuisson à jet et en retirant de cette matière traitée à haute tempéra- ture des fractions solubles possédant des "propriétés supérieures à celles obtenues en utilisant des flocons de soja dégraissés et non dénaturés comme matière de départ". Le brevet des E U A N O 4 234 620 enseigne un procédé dans lequel des dispersions aqueuses de protéine végétale sont soumises à de grandes forces de cisaillement résultant de l'application de pression et de cavitation successives par homogénéisation centrifuge à des tempéra- tures inférieures à 150 'C, à des p H légèrement alcalins, afin d'obtenir un produit de faible viscosité à haute teneur en matière sèche, ayant une grande solubilité de protéine, qui peut être séché, généralement après ajustement du p H avec un acide, pour obtenir un produit protéique végétal similaire à la protéine du lait. Le brevet britannique No 1 575 052 enseigne que le goût, la couleur, le pouvoir nutritif et certaines pro- priétés fonctionnelles d'une matière protéique choisie parmi une matière protéique d'origine monocellulaire, une matière protéique végétale, des extraits secs de petit-lait et leurs mélanges, peuvent être améliorés en chauffant des suspen- sions aqueuses de la matière protéique à des températures comprises entre 75 et 1000 C, en ajustant le p H dans un intervalle de 6,6 à 8, de préférence de 7,2 à 7,6, par addition d'un composé d'ajustement du p H, de préférence un composé du calcium, en maintenant la température pendant une période de 1 à 120 minutes et en séchant le produit. Le produit obtenu peut être utilisé comme produit de rempla- cement pour des extraits secs d'oeufs et du lait en poudre sans matière grasse, en particulier dans des articles cuits au four, étant donné que le procédé atténue l'arrière-goût de levure, libère des substances tampons des cellules de levure, saponifie les lipides et réduit les groupes thiol (-SH) existants. La présente invention repose sur une découverte surprenante selon laquelle certaines des propriétés fonc- tionnelles d'une protéine dénaturée contenue dans un produit protéique végétal peuvent être améliorées, sans altérer notablement la protéine, par un procédé très simple, écono- mique et efficace Les propriétés améliorées comprennent l'aptitude à retenir les huiles ou graisses et l'eau, à s'émulsionner et à former des produits de consistance ferme. Le procédé de la présente invention n'exige pas l'utilisa- tion de températures supérieures à 100 'C, ni de matériel spécial ou de forces Comme on le verra dans la description détaillée donnée ci-dessous, le procédé de l'invention fournit un produit protéique végétal peu coûteux et simple dont les propriétés fonctionnelles sont améliorées compa- rativement à la matière protéique dénaturée non traitée correspondante. La présente invention a pour but d'améliorer les propriétés fonctionnelles d'une matière protéique végétale dénaturée ayant de mauvaises propriétés fonctionnelles. Un autre but de l'invention est d'améliorer les propriétés fonctionnelles d'une matière protéique végétale dénaturée sans fractionnement, sans addition ni introduction de sels, sans surchauffe au-dessus de la température d'ébullition de l'eau, et sans application de grandes forces de cisaillement telles qu'obtenues par homogénéisation centrifuge. Un autre but encore de l'invention est de fournir un procédé simple, efficace et économique permettant d'atteindre ces buts. Un autre but de l'invention est de fournir une matière protéique végétale possédant des propriétés fonc- tionnelles améliorées. La présente invention fournit donc un procédé pour améliorer les propriétés fonctionnelles d'une matière protéique dénaturée d'origine végétale, ayant des propriétés fonctionnelles relativement mauvaises, qui consiste à main- tenir cette matière protéique dénaturée dans une solution aqueuse chaude d'ammoniac à une température comprise entre 750 C et 1000 C et à un p H d'environ 8 à 9,5, le rapport de la phase aqueuse à la matière sèche de la suspension étant d'environ 3:1 à 15:1 Le temps de traitement peut varier de moins de 1 minute à plusieurs heures, selon le type de la protéine dénaturée, la dimension de ses particules, la température et le p H L'ammoniac peut être éliminé après le traitement pour donner un produit protéique hautement fonctionnel, sans ammoniac et exempt de sels Par addition d'eau, ce produit est capable de former un produit de forte viscosité à de faibles teneurs en matière sèche, sans que la matière ait subi de modification chimique importante, excepté pour ce qui concerne sa fonctionnalité. Une matière protéique dénaturée d'origine végétale qui a été traitée selon le procédé de l'invention est également incluse dans le cadre de l'invention. On notera que, en général, les meilleures propriétés fonctionnelles obtenues par le procédé de l'invention sont mesurées par une amélioration de l'aptitude de la matière protéique à retenir les huiles et graisses et l'eau, à s'émulsionner et à former des produits ayant une consistance ferme par chauffage et refroidissement. La méthode employée pour déterminer ces propriétés fonctionnelles des produits protéiques végétaux est décrite ci-dessous: On mélange bien 7 parties d'huile végétale raffinée (par exemple de l'huile de maïs) et 3,5 parties d'eau dans un mélangeur à la vitesse maximale pendant 5 minutes On ajoute 1 partie de matière protéique végétale et un supplé- ment de 3,5 parties d'eau et l'opération de mélange est poursuivie pendant 10 minutes de plus Le mélange est chauffé rapidement à 900 C, versé dans des capsules et refroidi pendant une nuit à une température d'environ 50 C. La formation d'un produit homogène ayant une consistance ferme sans séparation d'huile ou d'eau est le signe d'un produit protéique végétal hautement fonctionnel. Le rapport en poids de la phase d'ammoniaque à la matière protéique peut varier entre environ 3:1 et environ :1. L'intervalle de p H pour l'exécution du procédé de l'invention est d'environ 8,0 à environ 9,5, de préférence de 8,5 à 9,2. De préférence, le procédé de l'invention est exécuté à une température comprise entre environ 750 C et environ 1000 C La température désirée peut être atteinte au moyen d'une structure à double enveloppe du récipient dans lequel est maintenue la suspension, par injection directe ou indirecte de vapeur d'eau, ou par d'autres moyens de chauffage tels que des serpentins de chauffage. Le temps nécessaire pour que la solution aqueuse d'ammoniac réalise l'amélioration des propriétés fonction- nelles de la matière protéique varie selon la source, la dimension des particules, le p H et la température Le temps de réaction peut ainsi varier dans une large mesure, par exemple de 1 minute ou moins à 30 minutes ou plus En géné- ral, plus le temps de réaction est long, dans les limites de 1 à 30 minutes, meilleure est l'amélioration des propriétés fonctionnelles Une certaine amélioration s'observe cepen- dant habituellement après un très court laps de temps. Le procédé peut être conduit sous pression Dans un tel cas, le temps nécessaire est réduit. A la suite du traitement par l'ammoniac, le p H de la suspension est abaissé par élimination de l'ammoniac jusqu'au p H initial de la matière protéique non traitée. Cette élimination peut être effectuée en appliquant un vide sur la suspension chaude De préférence, le produit est soumis à un séchage plus poussé dans lequel l'ammoniac résiduel et la majeure partie de l'eau sont simultanément éliminés. Le produit traité par l'ammoniac doit être séché jusqu'à une teneur en eau inférieure à 10 % environ Bien qu'on puisse employer toute technique de séchage qui n'altère pas les propriétés fonctionnelles du produit protéique et qui assure une élimination totale de l'ammoniac, il est actuellement préféré que le produit soit séché par la technique de séchage par atomisation Dans ce cas, il est préférable que la température d'entrée ne soit pas supé- rieure à 300 'C et que la température de sortie ne soit pas supérieure à 120 'C, et se situe de préférence dans l'inter- valle de 800 C à 1000 C. La matière protéique de départ à faible fonction- nalité peut dériver de protéines végétales qui ont été dénaturées comme par un traitement thermique, un traitement avec des alcools aqueux et/ou un autre traitement chimique. En particulier, on peut utiliser, par exemple, des produits protéiques végétaux dégraissés ou à faible teneur en matière grasse qui ont été retirés de soja, lupin, sésame, graines de coton, arachides, graines de colza, graines de tournesol, maïs, blé, orge, avoine, lentilles, pois, légumineuses en général, feuilles végétales, etc, y compris les "farines", "concentrés" et "isolats" tels que décrits précédemment. L'invention est illustrée par les exemples non limitatifs suivants. EXEMPLE 1 Dans un récipient à double enveloppe, on ajoute et met en suspension dans 8 litres d'eau 1 kg d'un concentré de protéine de soja dénaturée lavée à l'alcool aqueux, à faible fonctionnalité, HAYPRO (Hayes Ashdod, Ltd, Israël), conte- nant 71 % de protéine sur base sèche, 6,5 % d'eau et ayant un p H de 6,9 On ajoute de l'hydroxyde d'ammonium concentré ( 29 % d'ammoniac) à la suspension pour établir un p H initial de 9,0 Le récipient est hermétiquement fermé et de la vapeur est injectée dans la double enveloppe de façon à établir une température constante et régulée de 860 C Les parois du récipient contenant la suspension sont raclées constamment pour assurer une température égale dans toute la masse de la suspension Au bout de 20 minutes, le récipient est ouvert à l'atmosphère, la suspension est soutirée du récipient au moyen d'une pompe et séchée dans un séchoir atomiseur (APV Anhydro) avec une température d'entrée de 280 'C et une température de sortie de 980 C jusqu'à une teneur en humidité finale de 3 % On constate que le produit séché par atomisation contient 71 % de protéine sur base sèche, 3 % d'humidité et a un p H de 6,9. Des échantillons de concentrés de protéine de soja traités et non traités sont examinés quant à leur fonction- nalité par la méthode décrite plus haut Le produit non traité à faible fonctionnalité ne présente pas du tout de consistance ferme et ne retient pas l'huile et l'eau, tandis que la protéine traitée forme un produit très visqueux ayant une consistance ferme et l'on n'observe aucune séparation d'huile ou d'eau. EXEMPLE 2 On conduit un essai comparatif en mesurant les propriétés fonctionnelles du concentré de protéine de soja traité de l'Exemple 1 et d'un concentré de protéine de soja, STA-PRO, contenant 66,5 % de protéine sur base sèche, (A E. Staley Manufacturing Co, Decatur, Illinois, E U A) censé avoir été fabriqué selon le brevet des E U A N O 4 234 620. L'essai fonctionnel décrit ci-dessus est appliqué aux deux échantillons. Les viscosités à une concentration de 10 % de matière sèche dans l'eau sont également mesurées au moyen d'un viscosimètre Brookfield ( 12 tr/min, broche No 2, 250 C) au bout de 2 et 10 minutes, et les capacités de fixation d'eau et de graisse sont mesurées par une variante de la méthode décrite ci-dessus dans laquelle les quantités d'eau et d'huile sont ajustées pour donner des produits de consistance également ferme, sans séparation d'eau ou d'huile Les résultats sont présentés ci-dessous. Résultats d'Essai Exemple 1 US-4 234 620 Viscosité (m Pa s) 2 minutes 2500 750 minutes 2200 370 Absorption d'Eau Poids d'eau/poids de protéine 6,1:1 4,5:1 Capacité de Fixation d'eau/huile Poids de protéine: poids d'eau:poids d'huile 1:10:10 1:7:7 Cendre totale 5,8 % 7,5 % Sodium 0,02 % 0,4 % Le produit de l'Exemple 1 présente de bien meil- leures caractéristiques d'absorption d'eau et de fixation d'eau et de graisse, une capacité de formation d'un "corps" à plus forte viscosité, ainsi qu'une plus grande teneur en protéine et un plus faible taux de cendre totale et, notamment, un bien plus faible taux de sodium que le produit STA-PRO. EXEMPLE 3 On effectue une autre comparaison dans laquelle un concentré de protéine de soja dénaturée par de l'alcool aqueux, HAYPRO (Hayes Ashdod, Ltd) est traité selon l'Exemple VII du brevet britannique No 1 575 052 en ajoutant de l'hydroxyde de calcium et du carbonate de calcium à une suspension aqueuse de ce concentré pour obtenir un p H de 7,5, en chauffant à 90 'C pendant 30 minutes et en séchant le produit par atomisation Le produit obtenu est examiné par la méthode décrite plus haut Les résultats sont présentés au Tableau I Le produit traité n'offre pas de consistance ferme et ne retient pas l'huile et l'eau Il se comporte de façon similaire au témoin de l'Exemple 1, c'est-à-dire la protéine non traitée. Tableau I Produit Témoin( 1) Exemple 1 US-4 234 620 GB-1 575 052 Viscosité faible forte moyenne-faible faible Absorption faible forte moyenne faible d'eau R 2 tention faible forte moyenne-forte faible d'eau/huile ( 1) Protéine végétale dénaturée non traitée (concentré de protéine de soja) Bien que l'invention a été décrite ci-dessus en considérant des formes de réalisation particulières, il va de soi que l'homme de l'art pourra y apporter diverses variantes et modifications sans sortir de son cadre. 1 O REVENDICATIONS 1 Procédé pour améliorer les propriétés fonction- nelles d'une matière protéique dénaturée d'origine végétale, caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir une suspension de ladite matière dans une solution aqueuse chaude d'ammo- niac dans laquelle le rapport en poids de la phase aqueuse à la matière sèche est compris entre 3:1 et 15:1, à une température comprise entre 750 C et 1000 C et dans un inter- valle de p H de 8,0 à 9,5. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la suspension de matière protéique dans la solution aqueuse d'ammoniac est maintenue entre 1 et 30 minutes. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le p H est de 8,5 à 9,2. 4 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que l'ammoniac est ensuite éliminé de la matière protéique. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'ammoniac est éliminé sous vide. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le produit est séché jusqu'à une teneur en eau inférieure à 10 %. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'ammoniac est éliminé pendant l'étape de séchage. 8 Procédé selon la revendication 6 ou 7, caracté- risé en ce que le produit est séché au moyen d'un séchoir atomiseur. 9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la température d'entrée du séchoir atomiseur n'est pas supérieure à 300 'C environ. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caracté- risé en ce que la température de sortie du séchoir atomiseur n'est pas supérieure à 120 'C environ. 11 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la température de sortie se tient dans l'intervalle d'environ 80 'C à 100 'C. 1 1 12 Matière protéique d'origine végétale, caracté- risée en ce qu'elle a été préparée par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 13 Produit alimentaire homogène de consistance ferme, caractérisé en ce qu'il comprend une protéine déna- turée d'origine végétale traitée par une solution aqueuse d'ammoniac selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 i 1. 14 Produit de couchage du papier de consistance ferme, caractérisé en ce qu'il comprend une protéine déna- turée d'origine végétale qui a été soumise à un traitement par l'ammoniac selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.