FR2974817A1

FR2974817A1 - Procede d'obtention d'un extrait proteique de luzerne et de co-produits valorisables

Info

Publication number: FR2974817A1
Application number: FR1153818A
Authority: FR
Inventors: Antoine Piccirilli
Original assignee: Valagro Carbone Renouvelable Poitou Charentes SAEM
Current assignee: Valagro Carbone Renouvelable Poitou Charentes SAEM
Priority date: 2011-05-04
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2012-11-09
Anticipated expiration: 2031-05-04
Also published as: WO2012150421A1; FR2974817B1

Abstract

L'objet de l'invention est un procédé de préparation d'un extrait protéique de luzerne, comprenant au moins une étape préalable de défibrage de feuilles de luzerne fraîche dans une extrudeuse, et une étape d'hydrolyse enzymatique. L'invention concerne également l'extrait protéique obtenu et son utilisation en alimentation animale.

Description

PROCEDE D'OBTENTION D'UN EXTRAIT PROTEIQUE DE LUZERNE ET DE CO-PRODUITS VALORISABLES

La présente invention se rapporte à un procédé de préparation d'un extrait protéique de luzerne ainsi qu'à l'extrait protéique et les co-produits valorisables obtenus. Depuis plusieurs années, on s'intéresse à l'obtention d'extraits protéiques issus de végétaux comme par exemple des extraits protéiques de soja, de blé, de pois, de lupin ou encore de luzerne et à leur utilisation en particulier en alimentation animale. Contrairement au protéines de soja, de blé, de pois ou de lupin, les protéines de luzerne ne sont pas extraites des graines mais de la plante entière en particulier des feuilles où elles représentent environ 25% de la matière sèche. Les concentrés protéiques extraits de luzerne existants actuellement, bien qu'intéressants sur le plan nutritionnel, ne peuvent être incorporés dans les rations animales qu'à hauteur de 3 à 5% car ils peuvent induire une réduction de l'appétence et une coloration de la chair chez les animaux qui les ingèrent.

En effet, les extraits obtenus selon les procédés actuels comprennent des protéines, mais également d'autres éléments qui ne sont pas toujours souhaitables pour les utilisations envisagées comme des composés antinutritionnels (saponines, facteurs antitrypsiques et phtytates) et des pigments, en particulier la chlorophylle qui donne une coloration verdâtre à la chair des animaux.

De plus, il serait également utile de pouvoir extraire d'autres fractions que les protéines au moment de la mise en oeuvre du procédé et de valoriser les coproduits intéressants présents dans les feuilles de luzerne tels que des fibres, polyphénols, phytoestrogènes (coumestrol, génistéine, daidzéine), caroténoïdes, xanthophylles (bêta carotène, lutéine), vitamines (A et K) et lipides (acide alpha linolénique). Enfin, les procédés d'extraction mis en place actuellement ne répondent pas toujours à des contraintes économiques et sont en outre relativement énergivores.

Un objectif de la présente invention est donc de pallier les inconvénients des procédés de l'art antérieur, et de proposer un procédé peu énergivore permettant à la fois d'obtenir un extrait de feuilles de luzerne contenant des protéines, très peu chargé en chlorophylle et avec très peu ou pas de composés antinutritionnels, et de valoriser les co-produits potentiels, en particulier les polyphénols, phytoestrogènes et fibres. En outre, le domaine de l'alimentation animale connaît des évolutions de la législation et s'oriente vers une interdiction des matières premières tracées dites « de pays », comme le soja ou le lupin, au profit d'extraits issus de l'agriculture biologique.

Un autre objectif de l'invention est de proposer un procédé répondant au critère de l'agriculture biologique et des produits « certifiables biologiques ». Pour répondre à ces objectifs, la présente invention vise un procédé de préparation d'un extrait protéique de luzerne, comprenant au moins une étape préalable de défibrage de feuilles de luzerne fraîche dans une extrudeuse, et une étape d'hydrolyse enzymatique. Avantageusement ce procédé permet d'obtenir des extraits hautement concentrés en protéines utilisables dans les rations animales en quantité importante, ainsi que des co-produits valorisables dans différents domaines. En outre, le procédé selon l'invention est moins énergivore et permet d'obtenir des produits « certifiables biologiques ». L'invention a également pour objet un extrait de luzerne obtenu par ce procédé et présentant au moins les caractéristiques suivantes - une teneur en protéines supérieure à 50% en poids de matière de l'extrait, - une teneur en chlorophylle inférieure à 10% de sa teneur initiale dans la luzerne, exprimée en poids de matière de l'extrait, et - une teneur en saponines et en phytates, inférieure à 10% de leur teneur initiale dans la luzerne, exprimée en poids de matière sèche de l'extrait. L'invention est maintenant décrite en détail. Le procédé selon l'invention comprend donc au moins les étapes suivantes : - une étape de défibrage de feuilles de luzerne fraîche dans une extrudeuse, et - une étape d'hydrolyse enzymatique. L'étape d'extrusion est très préférentiellement réalisée en présence de vapeur d'eau sous pression. L'extrusion est un procédé thermomécanique permettant de traiter des matières 20 solides en vue de les malaxer et de les mélanger intimement. Préférentiellement, l'étape de défibrage est réalisée dans une extrudeuse vis, à vis continues. A titre d'exemple il peut s'agir d'une extrudeuse de type BC45 telle que commercialisée par la société CLEXTRAL. Selon un mode de réalisation particulièrement adapté, le pas de vis est compris 25 entre 5,0 et 50,0 mm, notamment entre 10,0 et 40,0 mm, de préférence entre 16,0 et 33,5 mm.

Le temps de séjour de la biomasse dans l'extrudeuse est généralement compris entre 5 et 3600 secondes, notamment entre 10 et 350 secondes, de préférence entre 20 et 40 secondes. L'étape de défibrage de la matière première dans une extrudeuse permet notamment d'augmenter l'accessibilité de la cellulose et des protéines. A la fin de cette étape, on dispose d'une part d'un mélange contenant notamment les protéines, et d'autre part d'une phase liquide ou jus contenant des composés hydrosolubles, en particulier des sucres, des saponines et des polyphénols. Le mélange contenant notamment les protéines est ensuite soumis à une hydrolyse enzymatique. Cette hydrolyse peut consister soit à hydrolyser la cellulose présente dans le mélange à l'aide d'une cellulase, soit à hydrolyser les protéines à l'aide d'une protéase. Selon une première variante de l'invention, le procédé comprend au moins les étapes suivantes : - défibrage de feuilles de luzerne fraîche dans une extrudeuse, - hydrolyse enzymatique de la cellulose contenue dans le mélange obtenu après extrusion, en présence d'au moins une cellulase, - floculation des protéines par injection de vapeur chaude, et - filtration et centrifugation pour extraire les protéines. L'étape d'hydrolyse enzymatique est réalisée en présence d'au moins une cellulase et préférentiellement en présence également d'au moins un acide minéral ou organique ou d'au moins une base minérale ou organique. La cellulase peut être choisie notamment parmi les endo-cellulases et les bêta- glucosidases. La réaction d'hydrolyse peut être réalisée en présence d'un acide minéral choisi parmi l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique ou l'acide nitrique, ou en présence d'un acide organique choisi parmi l'acide formique, l'acide acétique, l'acide propanoïque ou l'acide butanoïque. La réaction d'hydrolyse peut également être réalisée en présence d'une base minérale choisie parmi la soude, la potasse ou le carbonate de calcium, ou en présence d'une base organique choisie parmi la guanidine ou le méthylate de sodium. De façon préférée, l'hydrolyse enzymatique est réalisée en présence d'un acide, en particulier en présence d'acide chlorhydrique. L'étape d'hydrolyse permet d'éliminer la cellulose et de détruire la chlorophylle, en particulier lorsque la réaction est réalisée en présence d'un acide. La chlorophylle est détruite par hydrolyse de la fonction ester avec libération du groupement phytol, conjointement à une décomplexation du magnésium par solubilisation sous forme de sel. L'étape d'hydrolyse est préférentiellement réalisée dans des conditions douces 15 de température, de pression et de pH de façon à éviter la dénaturation des protéines, et également pour éviter leur floculation à ce stade. Selon un mode de réalisation particulièrement adapté, l'hydrolyse est réalisée dans les conditions suivantes - température comprise entre 25 et 100°C, en particulier entre 40 et 20 55°C. - pH compris entre 2,5 et 6,5, en particulier entre 4,5 et 5,5. Après l'étape d'hydrolyse, on élimine une phase solide contenant préférentiellement des dextrines et du glucose. La phase solide restante enrichie en protéines subit ensuite une étape de 25 floculation. La floculation des protéines est réalisée par injection de vapeur chaude à 85°C dans la matière solide enrichie en protéines.

On réalise ensuite une filtration et/ou centrifugation, de façon à récupérer une phase solide comprenant les protéines et une seconde phase liquide contenant des co-produits valorisables. De façon préférée, la phase solide est ensuite soumise à l'action d'un solvant qui permet d'extraire la chlorophylle restante. Ce solvant est préférentiellement de l'éthanol d'origine végétale, par exemple un éthanol obtenu par distillation des vinasses de viticulture, un éthanol issu de la fermentation des matières végétales amylacées, des matières sucrières, un éthanol obtenu à partir de cellulose, etc.

Les protéines sont ensuite purifiées, de préférence par lavage et essorage à l'eau, puis séchées, par exemple par atomisation ou lyophilisation. Par ailleurs, les première et seconde phases liquides issues l'une du défibrage dans l'extrudeuse et l'autre de la centrifugation après floculation, peuvent être traitées de façon spécifique pour récupérer les coproduits valorisables.

Ces phases liquides ou jus sont tout d'abord neutralisés soit par ajout d'une base soit par l'ajout d'un acide en fonction de la nature de l'agent d'hydrolyse utilisé (acide ou base). Elles sont ensuite filtrées pour éliminer les fibres insolubles soit par filtration classique, soit par ultrafiltration.

Le filtrat liquide est ensuite concentré par évaporation partielle de l'eau et le concentrat obtenu est repris à l'acétate d'éthyle afin de séparer par extraction liquide-liquide les polyphénols des saponines et des polysaccharides. On récupère alors une phase aqueuse dans laquelle se concentrent les sucres et les saponines et une phase acétate qui contient les polyphénols.

Ces deux phases sont concentrées séparément par évaporation partielle des solvants (eau ou acétate d'éthyle) jusqu'à précipitation de leurs solutés respectifs (sucres et saponines d'un côté et polyphénols de l'autre). Les concentrats sont ensuite filtrés et les gâteaux essorés.

Le gâteau de polyphénols est lavé à l'eau puis remis en solution aqueuse pour être ensuite séché, notamment par atomisation. La gâteau de saponines et de carbohydrates est repris dans l'eau pour être ensuite séché, notamment par atomisation.

Par ailleurs, le filtrat récupéré au cours de l'étape de filtration des polyphénols contient des lipides (notamment triglycérides riches en acide alpha-linolénique) et des composés insaponifiables (vitamine E, caroténoides et xanthophyles tels que la lutéine) qui peuvent être récupérés par évaporation couche mince du solvant et désolvantation sous vide.

Selon une seconde variante, le procédé comprend la succession des étapes suivantes - défibrage de feuilles de luzerne fraîche dans une extrudeuse, - floculation des protéines par injection de vapeur chaude dans le mélange obtenu après extrusion, et - hydrolyse enzymatique des protéines, en présence d'au moins une protéase. La floculation des protéines est réalisée par injection de vapeur chaude à 85°C dans le mélange obtenu après extrusion. Après floculation, on réalise une centrifugation et/ou filtration pour récupérer 20 une phase solide comprenant les protéines et une seconde phase liquide contenant des co-produits valorisables. La phase solide est ensuite soumise à une étape d'hydrolyse. Les protéines floculées sont en effet soumises à une hydrolyse enzymatique réalisée en présence d'au moins une protéase. 25 Préférentiellement la protéase est choisie parmi les exopeptidases, les aminopeptidases, les carboxypeptidases et les endoprotéases. A titre d'exemple on peut citer l'Alcalase® commercialisée par la société NOVOZYMES. Les conditions de mise en oeuvre de l'hydrolyse dépendent de l'enzyme utilisée et sont connues de l'homme de l'art. On obtient après hydrolyse, des macropeptides de taille comprise entre 1000 et 25000ba.

Ces macropeptides formés au cours de la protéolyse sont solubles dans l'eau. Par conséquent, les fibres et la cellulose peuvent être éliminées par filtration, plus particulièrement par ultrafiltration. Le perméat riche en macropeptides obtenu est ensuite concentré et séché, par exemple par atomisation.

L'étape de floculation peut éventuellement être suivie d'une étape d'extraction de la chlorophylle restante à l'aide d'un solvant, en particulier d'un éthanol d'origine végétale, comme dans le premier mode de réalisation du procédé. Par ailleurs, les première et seconde phases liquides issues l'une du défibrage dans l'extrudeuse et l'autre de la centrifugation après floculation, peuvent être traitées de façon spécifique pour récupérer les coproduits valorisables. Ces deux phases liquides ou jus sont rassemblées puis centrifugées pour séparer les lipides de la phase aqueuse. La phase huileuse est séchée sous vide. Elle est principalement constituée par les lipides totaux de la luzerne (notamment triglycérides riches en acide alpha- linolénique) et des composés insaponifiables (vitamine E, caroténoïdes et xanthophyles tels que la lutéine). Les insaponifiables peuvent être concentrés par distillation moléculaire, cette opération conduisant à un distillat concentré en vitamine E, en caroténoïdes et en xanthophyles ainsi qu'un résidu pauvre en insaponifiables et constitué de triglycérides riches en acide alpha-linolénique.

La phase aqueuse récupérée par centrifugation est chargée en polyphénols, sucres solubles et saponines. Ces composés sont récupérés et extraits avec de l'acétate d'éthyle, comme pour la première variante du procédé selon l'invention.

Le procédé selon l'invention, quelle que soit la variante mise en oeuvre, permet d'obtenir un extrait de luzerne présentant les caractéristiques suivantes : - une teneur en protéines supérieure ou égale à 50% en poids de matière de l'extrait, préférentiellement supérieure ou égale à 70%, - une teneur en chlorophylle inférieure ou égale à 10 % de sa teneur initiale dans la luzerne exprimée en poids de matière de l'extrait, préférentiellement inférieure ou égale à 5%, et - une teneur en saponines et en phytates, inférieure à 10 % de leur teneur initiale dans la luzerne exprimée en poids de matière sèche de l'extrait, préférentiellement inférieure ou égale à 5%. Avantageusement un tel extrait est riche en protéines et sa composition spécifique avec peu ou pas de chlorophylle et de composés anti-nutritionnels lève les inconvénients des extraits de l'art antérieur, et permet une utilisation en quantité importante en alimentation animale.

En outre, le procédé selon l'invention permet de récupérer un certain nombre de coproduits qui sont valorisables et utilisables indépendamment dans d'autres domaines. A titre d'exemple les polyphénols récupérés sont valorisables comme ingrédients cosmétiques, nutritionnels et pharmaceutiques.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de préparation d'un extrait protéique de luzerne, comprenant au moins une étape préalable de défibrage de feuilles de luzerne fraîche dans une extrudeuse, et une étape d'hydrolyse enzymatique.
2. Procédé de préparation d'un extrait protéique de luzerne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes : - défibrage de feuilles de luzerne fraîche dans une extrudeuse, - hydrolyse enzymatique de la cellulose contenu dans le mélange obtenu après extrusion, en présence d'au moins une cellulase, - floculation des protéines par injection de vapeur chaude, et - filtration et centrifugation pour extraire les protéines. 6. Procédé de préparation d'un extrait protéique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape d'hydrolyse est réalisée en présence d'au moins un acide minéral ou organique ou au moins une base minérale ou organique. 7. Procédé de préparation d'un extrait protéique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape d'hydrolyse est réalisée en présence d'acide chlorhydrique. 8. Procédé de préparation d'un extrait protéique selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la cellulase est choisie parmi les endo-cellulases et les bêta-cellulases. 6. Procédé de préparation d'un extrait protéique selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend également une étape d'extraction de la chlorophylle à l'aide d'un solvant. 7. Procédé de préparation d'un extrait protéique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le solvant est un éthanol d'origine végétale.8. Procédé de préparation d'un extrait protéique selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend également une étape de purification et de séchage de l'extrait. 9. Procédé de préparation d'un extrait protéique selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que des phases liquides sont récupérés après défibrage et après floculation, et en ce que ces phases liquides sont traitées pour récupérer les coproduits qu'elles contiennent. 10. Procédé de préparation d'un extrait protéique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes - défibrage de feuilles de luzerne fraîche dans une extrudeuse, - floculation des protéines par injection de vapeur chaude dans le mélange obtenu après extrusion, et - hydrolyse enzymatique des protéines, en présence d'au moins une protéase. 11. Procédé de préparation d'un extrait protéique selon la revendication 10, caractérisé en ce que la protéase est choisie parmi les exopeptidases, les aminopeptidases, les carboxypeptidases et les endoprotéases. 12. Procédé de préparation d'un extrait protéique selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce qu'il comprend également une étape de filtration pour 20 éliminer la cellulose et les fibres après l'étape d'hydrolyse. 13. Procédé de préparation d'un extrait protéique selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que des phases liquides sont récupérées après défibrage et après floculation, et en ce que ces phases liquides sont traitées pour récupérer les coproduits qu'elles contiennent. 25 14. Procédé selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que l'étape de défibrage dans une extrudeuse est réalisée en présence de vapeur d'eau sous pression.15. Procédé selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que l'étape de défibrage est réalisée dans une extrudeuse bivis, à vis continues. 16. Extrait protéique issu de feuilles de luzerne, susceptible d'être obtenu par la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'il présente les caractéristiques suivantes - une teneur en protéines supérieure ou égale à 50% en poids de matière de l'extrait, - une teneur en chlorophylle inférieure ou égale à 10 % de sa teneur initiale dans la luzerne exprimée en poids de matière de l'extrait, et - une teneur en saponines et en phytates, inférieure à 10 % de leur teneur initiale dans la luzerne exprimée en poids de matière sèche de l'extrait.