Contribution au developpement d'un procédé visant à la valorisation d'extraits du fruit de gac (Momordica Cochinchinensis Spreng.) au Vietnam (2014)

Le fruit de gac (Momordica cochinchinensis Spreng.) est un fruit traditionnel au Vietnam, lequel est extremement benefique pour la sante. L’arille de gac est une excellente source de carotenoides naturels, particulierement le lycopene et le β-carotene. Ces composes antioxydants sont capables de neutraliser les radicaux libres et offrent des applications multiples, allant des effets generaux sur la sante a la prevention de certaines maladies chroniques. Ce travail a contribue au developpement d’un procede visant a la valorisation d’extraits du fruit de gac au Vietnam. Ce travail contient quatre parties principales: effet du semi-sechage sur les proprietes d’antioxydantes du fruit de gac; extraction de l’huile du fruit de gac assistee par enzymes; concentration des carotenoides de l’huile de gac par la filtration tangentielle; purification et cristallisation des carotenoides.Dans la premiere partie, une etude du semi-sechage de l´arille de gac a differentes temperatures (40°C, 50°C, 60°C, 70°C et 80°C) et a trois modes de sechage (sechage a l’air, sechage sous vide et lyophilisation) a ete effectuee pour determiner l’effet de la mode, de la temperature et de l’humidite finale de sechage sur la couleur, la teneur en carotenoides totaux (TCC) et l’activite d’antioxydante totale (TAA) de l’arille de gac. Les resultats montrent que la lyophilisation permet une meilleure conservation permettant une valorisation ulterieure de la couleur, la TCC et la TAA de l’arille de gac. Le sechage sous vide donne les meilleurs resultats que le sechage a l’air. Une temperature entre 50°C et 60°C est optimale pour conserver la couleur, la TCC et la TAA de l’arille. Ces proprietes sont mieux conservees a l’issue d’un sechage permettant une humidite finale du produit de 15 a 18% (base seche (db)) (semi-sechage) par rapport a 6% db. Le produit semi-seche peut etre conserve pendant quelques mois. Dans la deuxieme partie, une etude d’optimisation d’extraction de l’huile de l’arille de gac assiste par des enzymes a ete menee en utilisant la methodologie de la surface de reponse. Un plan experimental du type «design composite central» avec quatre variables independantes - la concentration en enzymes, le temps, la temperature et la vitesse d'agitation - a ete realise. Les resultats montrent que ces quatre variables ont un effet significatif sur le rendement d’extraction de l’huile. Il n'y a pas d'interaction significative entre ces variables. Dans les conditions optimales obtenues (14,6% d’enzyme, 127 minutes, 58°C et 162 rpm), le rendement maximal de l’huile et la TCC obtenus sont de 79,5% et 5,3 mg/g de matiere seche, respectivement. Il existe une forte correlation entre le rendement de l’huile obtenue et la TCC. Les proprietes physico-chimiques de l'huile extraite ont ete determinees. Enfin, les resultats du test Schaal montrent que le temps de conservation de l'huile extraite est comparable a d’autres huiles alimentaires, presentant le meme type de profil en acides gras.Dans la troisieme partie, les carotenoides de l'huile ont etes concentres a l'aide d'une filtration tangentielle, en utilisant une membrane ceramique, selon deux modes de fonctionnement (recyclage total et batch). Dans les experiences en mode recyclage total, l'effet de la taille des pores de la membrane, la temperature et la pression transmembranaire sur le flux de permeat et le coefficient de retention a ete exploite. Les resultats montrent que ces facteurs ont un effet sur flux de permeat et le coefficient de retention de la TCC, des phospholipides et des acides gras libres. La resistance intrinseque de la membrane, la resistance de polarisation et la resistance liee au colmatage ont ete estimees. Les conditions optimales determinees sont 5 nm, 2 bars et 40°C, pour la taille des pores, la pression transmembranaire et la temperature, respectivement. En mode batch, le retentat a ete caracterise en mesurant l'acidite, les phospholipides, la TCC, la TAA, des solides solubles totaux, la teneur en matieres solides, la couleur et la viscosite de la solution. La TCC dans le retentat est de 65,28 mg/ml (8,65 fois superieure a celle dans l'huile d'alimentation). Les analyses de la TAA montrent que la contribution antioxydante principale de l'huile gac est lipophile. Apres la filtration, la TAA lipophile du retentat est 6,8 fois superieur a celle de l’huile d’alimentation. L’analyse de la resistance indique que la resistance intrinseque de la membrane represente 24% de la resistance totale. La majeure partie de la resistance est la resistance de polarisation (55%) tandis que la resistance de colmatage contribue pour 30%. Dans la quatrieme partie, les carotenoides provenant de l’huile du fruit de gac ont etes purifies et cristallises par une saponification combinee a l'utilisation de propylene glycol (un solvant moins toxique que les solvants organiques generalement utilises). Ce processus est compatible a une consommation humaine, aux applications cosmetiques et plus respectueux de l'environnement que les procedes existants. Les resultats indiquent que l'utilisation de Tween 80 (0,05 ml/g d’huile) comme emulsifiant peut aider a augmenter la recuperation des cristaux de carotenoides. La combinaison de 0,4 ml/g d'hydroxyde de potassium et 0,8 ml/g de propylene glycol donne un meilleur rendement de carotenoides. Une etude d’optimisation du processus de purification a ete realisee en utilisant la methodologie de surface de reponse. Un plan experimental du type «design composite central» avec trois variables independantes- la vitesse d'agitation, la temperature et le temps de reaction - a ete effectue. Les resultats montrent que ces trois variables ont un effet significatif sur la recuperation des carotenoides par cristallisation. Les interactions entre la vitesse d'agitation et la temperature ainsi qu’entre la temperature et le temps de reaction sont significatives. Dans les conditions optimales (1094 rpm; 46°C et 228 min), le rendement de carotenoides estime est de 93,5%. Les cristaux de carotenoides contiennent 57,34% de lycopene et 36,67% de β-carotene. Ces resultats montrent que environ 85% et 78% du lycopene et du β-carotene, respectivement, ont etes recuperes.Dans l’ensemble, cette these a contribue a la valorisation du fruit de gac au Vietnam, par une procedure de fabrication qui est economique et utilisant moins de produits chimiques. La recherche a permis de trouver les conditions optimales pour chaque etape de fabrication. Un nouvel axe de recherche pour valoriser le fruit de gac a ete ouvert; il porte sur l’etude de l’application tant de l’huile de gac concentree et riche en carotenoides naturels que des cristaux de carotenoides dans l’industrie alimentaire, pharmaceutique ou cosmetique.