Étude du rôle des globulines 7S et 11S de pois dans les mécanismes d'interaction avec la B-lactoglobuline lors de la gélification en système protéique mixte

Autor: Gravel, Alexia
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2024
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Druh dokumentu: Texte::Thèse::Thèse de doctorat
Popis: Les isolats protéiques de pois (PPI) figurent parmi les principaux ingrédients protéiques étudiés en raison de la forte demande des consommateurs pour des produits alternatifs à base de plantes. Cependant, les PPI présentent des limitations lorsqu'utilisés pour la formulation de produits alimentaires du fait de leurs propriétés gélifiantes non optimales. L'utilisation des protéines sous leur forme native et le contrôle du ratio globulines 7S/11S ont été identifiés comme des paramètres clés pour améliorer ces propriétés. En parallèle, l'étude des systèmes protéiques mixtes composés de PPI et de β-lactoglobuline (βlg) représente une stratégie intéressante pour renforcer les propriétés gélifiantes, par rapport à l'utilisation exclusive des PPI. Toutefois, la combinaison de ces paramètres (ratio 7S/11S et incorporation de βlg sous leur forme native) n'a jamais été explorée afin d'améliorer les propriétés gélifiantes des PPI. Ainsi, cette thèse avait pour objectifs de déterminer les ratios 7S/11S optimaux et d'identifier les interactions impliquées dans la gélification des systèmes mixtes composés de βlg et de protéines de pois. Le premier objectif de cette thèse était d'évaluer l'effet de la délipidation à l'hexane sur le profil et la structure des protéines de pois, ainsi que sur les propriétés techno-fonctionnelles des PPI générés. Plus précisément, il s'agissait de déterminer si cette étape influençait la dénaturation des protéines et quels étaient ses effets sur les propriétés gélifiantes des PPI. Ainsi, des PPI ont été produits par diafiltration/ultrafiltration (DF/UF) avec ou sans délipidation préalable de la farine de pois par l'hexane. Les résultats ont montré que la délipidation n'avait pas d'impact significatif sur les propriétés gélifiantes des PPI, bien qu'elle ait entraîné des modifications structurales mineures. Par conséquent, il a été décidé que la délipidation n'était pas nécessaire pour la production de PPI dans le cadre de cette étude. Le deuxième objectif consistait à étudier la combinaison de la DF/UF, utilisant des membranes d'UF avec différentes tailles de pores, et la précipitation au sulfate d'ammonium, dans le but de produire efficacement les fractions 7S et 11S du pois tout en préservant l'intégrité des protéines. Globalement, l'utilisation de la DF/UF, indépendamment de la taille des pores de la membrane, n'a pas impacté la pureté et les rendements de récupération de la fraction 11S après précipitation au sulfate d'ammonium. Cependant, elle a permis d'augmenter de 90% le rendement de récupération de la viciline 7S. Les caractéristiques telles que les thiols libres, l'hydrophobicité de surface et la température de dénaturation des fractions obtenues étaient comparables à celles de fractions présentant une dénaturation très limitée. Le troisième objectif visait à déterminer les ratios 7S/11S optimaux et à identifier les interactions impliquées dans la gélification des systèmes mixtes modèles composés de βlg et des fractions protéiques de pois générés à l'objectif précédent. Les résultats ont montré que le ratio 7S/11S permettant d'optimiser la fermeté des gels était inversement proportionnel à la quantité de βlg dans le système. En l'absence de βlg, la gélification était principalement dirigée par la formation d'interactions hydrophobes avec la fraction 7S, alors qu'en présence de βlg, les gels étaient principalement formés par des liaisons covalentes impliquant la βlg et la fraction 11S. Grâce aux résultats générés, deux mécanismes d'interaction possibles pour la gélification des systèmes mixtes modèles ont été proposés. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont permis de répondre à l'ensemble des objectifs définis et ont contribué significativement à l'avancement des connaissances concernant les interactions impliquées lors de la formation et de la stabilisation de gels protéiques mixtes entre les protéines du pois et la βlg. Finalement, ces connaissances pourraient permettre le développement de nouvelles perspectives afin d'améliorer les propriétés gélifiantes des protéines de pois dans les formulations alimentaires, offrant ainsi des opportunités innovantes pour la création de nouveaux produits.
Pea protein isolates (PPI) are the main studied pulse protein ingredients due to the high consumer demand for alternative and sustainable plant-based products. However, PPIs have limited applications in the formulation of food products due to their low gelling properties. Using proteins in their native form and controlling the ratio between their two main globulins, the 7S/11S ratio, have been identified as key parameters for enhancing the gelling properties. Moreover, the use of mixed protein systems composed of PPI and β-lactoglobulin (βlg) also represents an interesting strategy to enhance gelling properties when compared to the exclusive use of PPI. However, the combination of these parameters (7S/11S ratio and βlg incorporation in their native form) has never been explored to improve the gelling properties of PPI. Thus, this thesis aimed to determine the optimal 7S/11S ratios and identify the interactions involved in the gelation of mixed systems composed of βlg and pea proteins. The first objective was to evaluate the effect of hexane defatting on the profile and structure of pea proteins, as well as on the techno-functional properties of the generated PPI. This step aimed to determine if it influenced protein denaturation and how it affects gelling properties of PPI. Thus, PPI were produced by diafiltration/ ultrafiltration (DF/UF) with and without an initial hexane defatting step of pea flour. The results showed that defatting had no significant impact on the gelling properties of PPI, although it caused minor structural modifications. It was therefore determined that the defatting step was not necessary for PPI production in this thesis. The second objective of this thesis was to explore the combination of DF/UF, with membranes of different pore sizes, as well as ammonium sulfate precipitation, to produce the pea 7S and 11S fractions on a large scale and in their native form. Overall, the use of DF/UF, regardless of the membrane pore size, did not affect the purity or yield of the 11S fraction recovered by ammonium sulfate precipitation. However, it increased the recovery yield of vicilin 7S by 90%. Characteristics such as free thiols, surface hydrophobicity, and denaturation temperature of the generated fractions were similar to fractions that sustained limited denaturation during processing. The third objective was to evaluate the optimal 7S/11S ratios and identify the interactions involved in the gelation of model mixed systems composed of βlg and pea protein fractions generated in the previous objective. The results showed that the 7S/11S ratio optimizing gel firmness was inversely proportional to the amount of βlg in the system. In the absence of βlg, gelation was mainly driven by hydrophobic interactions with the 7S fraction, while in the presence of βlg, gels were primarily formed by covalent bonds involving βlg and the 11S fraction. Based on the generated results, two possible interaction mechanisms for the gelation of mixed model systems were proposed. The present work has met all the objectives set in this thesis and contributed significantly to the advancement of knowledge concerning the interactions involved in the formation and stabilization of mixed protein gels between pea proteins and βlg. Ultimately, this understanding could pave the way for enhancing the gelling characteristics of pea proteins in food formulations, presenting innovative opportunities for product development.
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