Production de peptides de lieu noir dotés d'une capacité antioxydante par hydrolyse enzymatique en réacteur discontinu et fractionnement sur membrane
Institution:
LorientDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
This work is conducted in the framework of the fishery by-product up-grading. It concerns the implementation of the enzymatic hydrolysis and the membrane separation processes to produce peptides with a high antioxidant capacity according to a process transferable to the industrial scale. Saithe fillet was chosen as a model substrate. The enzymatic hydrolysis by Alcalase® was, first, optimized by means of the design of experiment methodology. Hydrolysis conditions maximising the antioxidant activity of peptides (β-carotene-linoleate model system assay) are: T = 60 °C, pH 8, E/S ratio = 2. 23 % (53. 8 AU. Kg-1) during 10. 8 min. The transposition of the hydrolysis process at pilot scale (20 L batch reactor) was validated. The fractionation on a low pressure chromatographic column shows that the fraction lower than 1 kDa are the most active. Membrane fractionation was then used as a second lever to act (i) on size distribution of peptides and (ii) on the activity level of hydrolysates. The role of the operating parameters (pressure, peptide content, volume reduction factor (VRF)) was studied. It was observed that, for a given peptide content, when the pressure increases, the retention rate (RR) of peptides increases and the apparent molecular weight cut-off (MWCO) of the membrane decreases. For a constant pressure, when the peptide content (or of the FRV) increases, the RR decreases and the apparent MWCO increase. However, the duration of concentration step strengthens the membrane fouling. In recirculation mode, the fractionation improve the antioxidant capacity of permeates. In concentration mode, the fractionation improved the activity as long as the concentration remains moderate (FRV ≤ 2). The originality of this PhD work is (i) the maximisation of the antioxidant capacity of the hydrolysate, (ii) the use of the fractionation operating parameters to modify the membrane selectivity and to obtain peptide fractions with defined molecular weight, and (iii) the development of analytical tools adapted to peptide quantification and to the follow-up of peptide retention on the UF membrane.
Abstract FR:
Ce travail s’inscrit dans le cadre général de la valorisation des co-produits de la pêche. Il porte sur la mise en oeuvre de l’hydrolyse enzymatique et des procédés de séparation sur membranes pour produire des peptides dotés d’une capacité antioxydante élevée selon un procédé transférable à l’échelle industrielle. Le filet de lieu noir a été choisi comme substrat modèle. L’hydrolyse enzymatique par l’Alcalase® a tout d’abord été optimisée à l’aide de la méthodologie des plans d’expériences. Les conditions d’hydrolyse permettant de maximiser l’activité antioxydante (test au β-carotène-linoléate) des peptides sont : T = 60 °C, pH 8, ratio E/S = 2,23 % (53,8 AU. Kg-1), pendant 10,8 min. Le transfert du procédé d’hydrolyse à l’échelle pilote (réacteur de 20L) a été validé. Le fractionnement sur chromatographie basse pression montre que la fraction inférieure à 1 kDa est majoritairement active. Le fractionnement sur membrane a été utilisé comme un deuxième levier pour agir (i) sur la distribution de la taille des peptides et (ii) sur le niveau d’activité des hydrolysats. Le rôle des paramètres opératoires (pression, teneur en peptides, facteur de réduction volumique (FRV)) a été étudié. Tout d’abord, on a observé que pour une teneur en peptides fixée, lorsque la pression augmente, le taux de rétention (TR) des peptides augmente et le seuil de coupure apparent (SC) de la membrane augmente. A une pression constante, lorsque la teneur en peptides (ou le FRV) augmente, le TR diminue et le SC augmente. La durée de la concentration renforce cependant le colmatage. Ensuite, on constate qu’en mode recyclage total, le fractionnement améliore la capacité antioxydante du perméat. En mode concentration, le fractionnement améliore l’activité du perméat tant que la concentration reste modérée (FRV ≤ 2). L’originalité de ce travail de thèse réside dans (i) la maximisation de la capacité antioxydante de l’hydrolysat, (ii) l’utilisation des paramètres opératoires pour modifier la sélectivité des membranes et obtenir des fractions peptidiques de poids moléculaires désirés et (iii) le développement d’outils analytiques adaptés à la quantification des peptides et au suivi de leur rétention par une membrane d’UF.