Brevet FR2760751A1 — publié le 19980918

L'invention est relative à un procédé pour préparer un mixte des protéines fonctionnelles à partir des tourteaux d'huilerie. L'invention concerne également le procédé d'obtention de ces protéines tensioactives. Les tourteaux d'huilerie contiennent des proportions élevées de matiére protéique représentée par la famille des globulines. Ces protéines sont dotées des propriétés fonctionnelles ou tensioactives et sont utilisées en tant qu'auxiliaire/ingrédient de fabrication ou adjuvant technologique. L'invention concerne également les domaines d'application de tels produits considérés comme ingrédients dans la préparation des produits alimentaires, pharmaceutiques et cosmétiques. Par protéines tensioactives on entend notamment des molécules capables de s'adsorber aux interfaces huile/eau ou air/eau et donc dotées des propriétés fonctionnelles (émulsifiantes, moussantes, gélifiantes, hydratation, viscosité et solubilité). Les protéines tensioactives issues des tourteaux d'huilerie sont des molécules amphiphatiques de faible poids moléculaire de 10 à 26 kDa et sont formées de 3 domaines distincts. Un domaine N-terminal amphiphatique, un domaine central hydrophobe et un domaine C-terminal relativement polaire. Ces produits protéiques végétaux dégraissés sont appelés des farines s'ils contiennent moins de 65% de protéines, de concentrés s'ils contiennent 65 à 90% de protéine et des isolats s'ils contiennent plus de 90% de protéine. On connaît diverses méthodes pour préparer des protéines fonctionnelles. Ces procédés comprennent un traitement thermique et une extraction au solvant organique, ainsi que d'autres traitements chimiques et conditions appliquées qui dénaturent ou réduisent sensiblement les propriétés fonctionnelles des protéines. Plusieurs méthodes pour préparer les protéines fonctionnelles ont été décrites 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 àjet de vapeur) ou de grandes forces de cisaillement (telles qu'obtenues par l'application de pression et cavitation successives, par exemple en utilisant un homogénéisateur centrifuge) sur une suspension aqueuse, légèrement alcaline, de la matière dénaturée. Selon le procédé d'invention la matière provient des tourteaux d huilerie obtenus à partir des graines oléagineuses ayant subit un traitement thermique et mécanique de conditionnement et de pressage. Le brevet des f LUA NO 4 113 716 décrit un procédé pour l'obtention des fractions améliorées de protéines 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 comprises entre 1 100C et 1500C dans une chambre de cuisson à jet et en retirant de cette matière traitée à haute température 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 EUA No 4 234 620 décrit un procédé dans lequel des dispersions aqueuses de protéine végétale sont soumises à des grandes forces de cisaillement résultant de l'application de pression et de cavitation successives par homogénéisation centrifuge à des températures inférieures à 150"C, à des pH légèrement alcalins, afin d'obtenir un produit de faible viscosité à haute teneur en matière sèche, ayant une grande solubilité de protéine, séché après ajustement du pH avec un acide, pour obtenir un produit protéique végétal similaire à la protéine du lait. Le brevet britanique N" 1 575 052 décrit que le goût, la couleur, le pouvoir nutritif et certaines propriétés fonctionnelles d'une matière protéique choisie parmi une matière protéique d'origine monocellulaire, une matière protéique végétale, des extraits secs de petits lait et leurs mélanges, peuvent être améliorés en chauffant des suspensions aqueuses de la matière protéique à des températures comprises entre 75 et 1000C, en ajustant le pH dans un intervalle de 6.6 à 8.0 de préférence de 7.2 à 7.6, par addition d'un composé d'ajustement du pH, 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 remplacement pour des extraits secs d'oeufs et du lait en poudre sans matière grasse, en particulier dans des produits cuits au four, étant donné que le procédé atténue l'arrière-gout de levure, libère des substances tampons des cellules de levure, saponifie les lipides et réduit les groupes thiol (-SH) existants. Le brevet britannique N" 0 522 8000 décnt un procédé de fabrication des concentrés de protéine végétale à leur point isoélectrique. Le concentré obtenu à une teneur en protéine inférieure à 70%, plus précisément compnse entre 65% à 70%, présente une forte fonctionnalité d'adsorption de matière grasse et d'eau sous forme d'émulsion stable. Ce procédé selon l'invention est réalisé sans force de cisaillement considérable sur la phase aqueuse de concentré protéique à pH alcalin, et un traitement thermique compris entre 75"C - 95''C pendant I à 120 minutes, préférentiellement entre I et 60 minutes, une neutralisation de la suspension protéique à pH compris entre 6.8 et 7, et optionnellement une évaporation de la suspension neutralisée et un séchage par atomisation couplée à une pulvérisation. La phase aqueuse traitée correspond à une teneur en solide de 12 - 25%, préférentiellement 12 - 17%. Le traitement alcalin est compris entre 7.5 à 9.0 ou 9.0, préférentiellement 7.5 et 8.5. Le traitement thermique est réalisé entre 800C et 950C, environ 85"C pendant environ 30 minutes. Dans le procédé de l'invention l'alcali ou base employé est l'hydroxyde de sodium, de même d'autres alcalis peuvent etre utilisés selon le procédé d'invention: potassium, calcium, et ammonium. La neutralisation de la solution est effectuée par l'addition de l'acide chlorhydrique. Le produit obtenu, le concentré protéique est capable de former une émulsion stable comprenant 1 part de concentré protéique, 5-15 (5-10) parts d'eau, et 5-30 (préférentiellement 5-20) parts de matière grasse. Ce produit aboutit à la formation d'une émulsion stable comprenant 1 part de concentré protéique, au moins 5 parts d'eau et au moins 5 parts de matière grasse. Le brevet britannique WO 89.04209 décrit des protéines émulsifiantes se présentant sous forme d'hélice alpha. Ces protéines sont amphiphatiques, elles ont un domaine hydrophile et hydrophobe. Selon l'enseignement de l'art antérieur, les propriétés de surface des protéines peuvent être accrues après dénaturation partielle soit par traitement mécanique, soit par traitement thermique. Les travaux de Kaiser et al., Sparow et al.; et Epand et al. (Peptides: Structure and Function ; Proc. Am. Peptide Symp. 9, 1985) ont découvert les propriétés émulsifiantes des polypeptides (protéines) sous forme d'hélices alpha, ayant un domaine hydrophile et hydrophobe, présentent à l'interface lipide-phase polaire. Préférentiellement, le domaine hydrophobe est formé par les acides aminés hydrophobes tels que: acide glutamique, lysine et serine, qui contribuent à la stabilisation de l'émulsion par des interactions hydrophobes sous forme d'hélice alpha. Le brevet SP 0704.166 décrit un procédé de production des protéines de soja qui comprend une étape de solubilisation de la farine de soja déshuilée dans une phase aqueuse dans un rapport 1 part de farine pour (2-5) parts d'eau. L'homogénéisation est réalisée à pH neutre (6.0 - 8.0), à une température de 55 à 800C pendant 10 minutes ou plus préférentiellement 30 à 180 minutes. La suspension protéique extraite est précipitée au point isoélectrique, ce qui aboutit à la formation d'agrégats protéiques à partir desquels sont isolées les protéines de soja. Le produit obtenu présente une excellente coloration et des propriétés émulsifiantes très accrues. A ce jour les tourteaux d'huilerie, source abondante de matière protéique végétale ne sont valorisés qu'à travers la préparation des aliments de bétail. La présente invention a pour objet un procédé simple, efficace et économique permettant la production des protéines tensioactives. Ces protéines présentent des caractéristiques souhaitables dans de nombreuses applications dans des domaines variés (alimentation, pharmaceutique et cosmétique). L'invention a pour objet de proposer un produit nouveau, les protéines tensioactives issues des tourteaux d'huilerie, entièrement naturel, susceptible d'être incorporé plus facilement dans différents types de préparation dans des domaines variés pour servir notamment d'ingrédients technologiques. Un autre but de l'invention est l'obtention d'une préparation protéique présentant une fonctionnalité accrue sans addition ni introduction de sels, sans surchauffage au-dessus de la température d'ébullition de l'eau, et sans application de grandes forces de cisaillement telles qu'obtenues par homogénéisation centrifuge. De préférence, le procédé de l'invention est réalisé à une température comprise entre environ 50 et 600C. La température désirée peut être atteinte au moyen d'une structure à double enveloppe du récipient dans lequel est maintenue la suspension. L'invention a pour objet l'obtention d'un mixte de protéines tensioactives issu des tourteaux d'huilerie et notamment des graines oléagineuses telles que: arachide, tournesol, colzas sésame... Avantageusement, ce procédé selon l'invention utilise aussi les tourteaux de tournesol et de colza quoique ces produits riches en composés phénoliques sont moins acceptés, le procédé selon l'invention à un autre objectif l'élimination de ces contaminants. L'invention concerne également le procédé d'obtention d'un tel mixte de protéines tensioactives. Ce procédé consiste - à mettre le mélange de protéines de tourteaux en forme par traitement thermique, puis à soumettre ce tourteau à une séparation solide-solide, c'est-à-dire à séparer la farine des particules de coque au moyen d'un trieur à lit fluidisé, - à réaliser une mouture ultra-fine de farine par un second passage du prébroyat dans une presse, le pressage de la matière végétale à chaud qui entraîne la coagulation des protéines solubles et insolubles (albumines et globulines). Ce chauffage est réalisé par un courant d'eau chaude à une température comprise entre 60"C et 85"C. Par l'utilisation d'une gamme de températures comprise entre 60"C et 85"C, on évite la prolifération des bacténes mésophiles. Selon l'invention on a constaté que le contrôle de la température devrant aussi être réalisé par ajustement de la pression lors de cette étape. Le procédé permet donc, grâce au contrôle de la température d'éviter la précipitation des protéines. La valeur maximale de la température doit être ajustée en fonction du taux d'humidité et du type de matériel végétal traité. Les caractéristiques du produit final sont variables selon les paramètres choisis au cours de cette étape, et notamment en fonction du couple temps/température de pressage. On peut noter à ce titre que, plus on cuit, plus le facteur d'insolubilité des protéines est augmenté. Différents types de farine pourront être obtenus en faisant varier les paramètres de broyage ou enjouant sur les températures et temps de cuisson. Ces valeurs seront choisies en fonction des caractéristiques des préparations protéiques que l'on veut obtenir. Ce mixte des protéines tensioactives obtenu peut être utilisé comme ingrédient dans les produits suivants: - comme substitut de matière grasse dans les recettes allégées - en charcuterie : pour la préparation de terrine ou de saucisse par exemple - en produits céréaliers: dans la panification, pour entrer dans la composition de pains de mie ou de pains spéciaux, ou en pâtisserie, biscuiterie et pâtes alimentaires, - pour des sauces et/ou plats cuisinés; - comme apport protéique pour les recettes allégés; Outre sa très bonne capacité de rétention d'eau et de matière grasse, elle présente des propriétés texturantes et un gout neutre en préparation alimentaire. En cosmétologie, elles rentrent dans la formulation de plusieurs produits tels que shampooings, crème, lotion, etc. En pharmacie, ces protéines tensioactives peuvent rentrer dans la formulation des excipients, elles peuvent aussi être utilisées dans l'alimentation diététique et le traitement des déficits génétiques, notamment dans l'assimilation des vitamines liposolubles. Ce déficit est rencontré chez les patients souffrant d'une abétalipoprotéinémie. Procédé et disposiaf d 'tracdon des protéines tensioactives Le procédé de préparation schématisé sur la figure 1, est un procédé d'extraction des protéines tensioactives à partir des tourteaux d'huilerie. On procède tout d'abord à la séparation des particules de coques et de grains de cotylédons au moyen d'un trieur. Cette technique est très délicate à mettre en oeuvre, elle peut avantageusement être réalisée par des techniques de séparation par air ou par tamisage. Ces moyens, conventionnels dans le domaine de la meunerie, permettent une séparation convenable des éléments. On aboutit à un produit au broyage fin ultime (mouture). Du tourteau est placé dans un trieur à lit fluidisé, on obtient une farine fine de granulométrie de quelques centaines de micron. Le mélange des protéines est mis en forme par traitement thermique, on solubilise le mélange de protéine par addition d'une phase aqueuse à pH alcalin (solution d'eau et de soude), on extrait la phase protéique par séparation liquide-solide, au moyen d'un filtre. Dans un mode particulier de mise en oeuvre d'un procédé suivant l'invention, la clarification sera réalisée soit par filtration (microfiltration tangentielle, microfiltration sur filtrepresse...) afin d'éliminer le résidu protéique insoluble, les lipides résiduels ainsi que des précipités minéraux tels que les phosphates de calcium ou les impuretés de nature non protéique (sucres, métaux, phytates, composés phénoliques). On utilise par exemple un filtre-presse à cadres et à plateaux en présence d'adjuvant de filtration du type diatomée.. La filtrabilité du produit étant très bonne, le système de filtration à mettre en oeuvre est simple: - une première filtration sur membrane dont la porosité est environ 20 clam. - une seconde filtration sur membrane dont la porosité est environ 3 ptm. Puis on soumet le filtrat ainsi obtenu après ajustement à pH acide tel qu'un pH de 4.5 à 5, à une seconde séparation liquide-solide par microfiltration. Les protéines solubilisées sont précipitées dans des conditions proches de leur point isoélectrique (pH = 4.5) en abaissant le pH entre 3.8 et 6.0 avec une solution d'acide alimentaire de préférence de l'acide citrique à une température comprise entre 20 et 400C puis récupérées par microfiltration avant de les soumettre à une opération de stérillsation et de séchage. Selon une particulanté de l'invention, après avoir dissous le mélange de protéines dans de l'eau, on soumet la solution ainsi obtenue à un traitement thermique à une température comprise entre 30 et 1000C, avantageusement pendant une période de temps inférieure à 45 minutes à pH voisin de la neutralité compris entre 7 et 8.5 de manière à obtenir une suspension aqueuse protéique. La séparation liquide-solide est effectuée par microfiltration tangentielle ou microfiltration sur filtre-presse. La filtration sur filtre-presse à cadres et plateaux donne les meilleures résultats. Ce traitement thermique suivi d'une séparation liquide-solide présente les avantages suivants: - destruction de la majeure partie des inhibiteurs protéiques; - abaissement significatif de la flore mésophile contaminante, - élimination des acides aminés libres et autres petites molécules de nature non protéique (lipides, sucres, urée, pigments); - diminution de la force ionique de la solution de protéines après élimination des ions lors de la séparation liquide-solide par filtration; Afin de limiter la force ionique dans le produit final, la chaux (Ca(OH)2) sera généralement choisie comme base pour le contrôle et le maintien du pH. Le produit ainsi filtré est recueilli en récipient stérile avant d'être soumis à une déshydratation. L'élimination de l'eau peut être obtenue soit par lyophilisation, soit par atomisation couplée ou non à une préconcentration par évaporation sous vide. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif. REVENDICATIONS I) Procédé pour la production d'un mixte des protéines tensioactives à partir des tourteaux d'huilerie, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes soumission du tourteau à une séparation solide-solide au moyen d'un trieur à lit fluidisé. misse en forme par traitement thermique du mélange de protéines de tourteaux, ce qui aboutit à la formation d'une mouture ultra-fine. solubilisation des protéines contenues dans la mouture dans une phase aqueuse à pH alcalin, extraction de la phase aqueuse protéique par une séparation liquide-solide au travers d'une membrane de pré-filtration de diamètre de pore égal à environ 20 clam, puis élimination des particules et autres molécules (sucres, lipides résiduels, pigments...). précipitation des protéines à leur point isoélectrique séparation solide-liquide au moyen d'une membrane de microfiltration de porosité égale à environ 3 ,um, et récupération d'un rétentat formé d'agrégats de protéines tensioactives. séchage des agrégats. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce la mise en forme de la source protéique de départ comprend un traitement thermique dans un intervalle de température compris entre 60 et 85"C à pH initial. 3 ) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les protéines mises en forme par traitement thermique sont solubilisées à des valeurs de pH comprises entre 7 et 8.5, de préférence entre 7.5 et 8.0 à températures comprises entre 30 et 700C, de préférence entre 50 et 60"C. 4 ) Procédé selon l'une des revendications I à 3 caractérisés en ce qu'on procède à la précipitation des protéines en abaissant le pH entre 3.8 et 6.0, préférentiellement entre 4.0 et 5.0 par addition d'acide alimentaire de préférence l'acide citrique, à une température comprise entre 20 et 40"C, préférentiellement à la température ambiante. 5 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés en ce qu'on filtre le mélange de protéines mis en forme par solubilisation puis précipitation sur filtre presse à cadre et plateaux en vue d'éliminer les impuretés de nature non protéiques (lipides, sucres, métaux, phytates, composés phénoliques...). 6 ) Utilisation du mixte de protéines tensioactives tel qu'obtenu par le procédé selon l'une des revendications là 5 comme auxiliaire technologique dans le domaine alimentaire, cosmétique ou pharmaceutique.