WO2020193668A1 - Composition proteique de feverole - Google Patents

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WO2020193668A1
WO2020193668A1 PCT/EP2020/058441 EP2020058441W WO2020193668A1 WO 2020193668 A1 WO2020193668 A1 WO 2020193668A1 EP 2020058441 W EP2020058441 W EP 2020058441W WO 2020193668 A1 WO2020193668 A1 WO 2020193668A1
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protein composition
bean
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protein
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PCT/EP2020/058441
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Jorge Luis VENTUREIRA
Damien Passe
Christophe Laroche
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Roquette Freres
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23J—PROTEIN COMPOSITIONS FOR FOODSTUFFS; WORKING-UP PROTEINS FOR FOODSTUFFS; PHOSPHATIDE COMPOSITIONS FOR FOODSTUFFS
    • A23J1/00—Obtaining protein compositions for foodstuffs; Bulk opening of eggs and separation of yolks from whites
    • A23J1/14—Obtaining protein compositions for foodstuffs; Bulk opening of eggs and separation of yolks from whites from leguminous or other vegetable seeds; from press-cake or oil-bearing seeds
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23J—PROTEIN COMPOSITIONS FOR FOODSTUFFS; WORKING-UP PROTEINS FOR FOODSTUFFS; PHOSPHATIDE COMPOSITIONS FOR FOODSTUFFS
    • A23J3/00—Working-up of proteins for foodstuffs
    • A23J3/14—Vegetable proteins
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L33/00—Modifying nutritive qualities of foods; Dietetic products; Preparation or treatment thereof
    • A23L33/10—Modifying nutritive qualities of foods; Dietetic products; Preparation or treatment thereof using additives
    • A23L33/17—Amino acids, peptides or proteins
    • A23L33/185—Vegetable proteins

Definitions

  • the invention relates to the field of protein isolates from legumes, and in particular protein isolates from beans.
  • Field beans or field beans (according to the old spelling), are annual plants of the species Vicia faba. They are legumes from the Fabaceae family, a subfamily of the Faboideae, a tribe of the Fabeae.
  • the conventional process is initiated by grinding the beans to obtain flour. This is then diluted in water in order to undergo an alkaline extraction aimed at solubilizing the bean proteins. The solution then undergoes a liquid / solid separation in order to obtain on the one hand a crude protein solution and on the other hand a solid fraction enriched with starch and fibers. The proteins are extracted via isoelectric pH precipitation of the proteins, they are separated from the aqueous solution and dried.
  • the protein isolate thus obtained has a protein content of at least 80% (expressed as total nitrogen multiplied by the coefficient 6.25, on the total dry matter, calculation method described in the document available at the address following: http: //www.favv- afsca.fgov.be/laboratories/methods/fasfc/_documents/METLFSAL003Proteinebrut ev10.pdf).
  • This is of known long-term industrial interest, especially in human and animal food. Indeed, its nutritional and functional properties allow it to be included in a large number of recipes and formulations.
  • the protein isolate obtained is systematically characterized by a dark gray color, even black. This mainly comes from the tannins and polyphenols present in the external fibers, entrained with the proteins during the manufacturing process of said protein isolate.
  • the faba bean protein isolate according to the prior art has excellent aqueous solubility, in particular at pH greater than 7. This property, essential for certain applications, proves to be a disadvantage for certain others, for example. bakery / pastry applications.
  • a bean protein composition is proposed, the color of which is characterized by an L component greater than 70 according to the L * a * b measurement and the solubility is less than 25% at pH greater than 7. From preferably, the solubility at pH greater than or equal to 7 is less than 25%. Even more preferably, the solubility at pH 3 is also less than 25%.
  • a process for producing a protein composition of field beans characterized in that it comprises the following stages: 1) Implementation of faba bean seeds; 2) Grinding of the beans using a stone mill, followed by separation of the ground material obtained into two so-called light and heavy fractions using an ascending air flow, then a second grinding of the heavy fraction with a knife mill; 3) Final grinding of the heavy fraction using a roller mill to obtain a flour; 4) Suspending the flour in an aqueous solvent, the pH of which is between 6 and 8, preferably 7; 5) Removal of the solid fractions from the suspension by centrifugation and obtaining a liquid fraction; 6) Isolation by precipitation by heating at isoelectric pH of the bean proteins contained in the liquid fraction; 7) Dilution of the bean proteins previously obtained to 15-20% by weight of dry matter and neutralization of the pH between 5.5 and 6.5, preferably 6.5, to obtain the bean protein composition; 8) Drying of the faba bean protein composition.
  • the invention and variants thereof may allow, in general, to provide a practical and efficient solution to meet the needs of the industry to have a protein isolate of bean whose color is characterized by an L component greater than 70 according to the L * a * b measurement and the solubility at pH greater than 7 is less than 25%, of its production process and of suitable industrial uses.
  • FIG. 1 [0023] [Fig. 1] shows a conventional method of separating the outer fibers and cotyledons of bean seeds;
  • FIG. 2 shows a method according to the invention for separating the outer fibers and cotyledons of bean seeds
  • a bean protein composition whose color is characterized by an L component greater than 70, preferably greater than 75, even more preferably greater than 80 according to the L * a * b measurement and the solubility according to test A is less than 25% at pH greater than 7.
  • the solubility of the faba bean protein composition of the invention according to test A at pH greater than or equal to 7 is less than 25% by total weight.
  • the solubility of the faba bean protein composition of the invention according to test A at pH greater than or equal to 7 and less than or equal to 8 is less than 25% by total weight.
  • the solubility of the faba bean protein composition of the invention according to test A at pH 3 is less than 25% by total weight.
  • faba bean is meant the group of annual plants of the species Vicia faba, belonging to the group of legumes of the family of Fabaceae, subfamily of Faboideae, tribe of Fabeae. We distinguish the Minor and Major varieties. In the present invention, wild varieties and those obtained by genetic engineering or variety selection are all excellent sources.
  • protein composition any composition rich in proteins, obtained by extraction of a plant and purification if necessary. A distinction is made between concentrates whose richness expressed in% by weight of proteins on dry matter is greater than 50%, and isolates whose richness expressed in% by weight of proteins on dry matter is greater than 80%.
  • measure L * a * b is meant the evaluation of the coloring according to the CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) chromatic space methodology presented in the publication “Colorimetry” (No. 15, 2nd Ed., P.
  • the measurement of this coloring is preferably carried out using DATA COLOR -DATA FLASH 100 or KONIKA MINOLTA CM5 spectrophotometers, with the help of their user manuals.
  • solubility is understood the quantification of the percentage of soluble matter in water of a powder by dilution of the powder in distilled water, centrifugation of the suspension obtained and analysis of the quantity of material dissolved in the supernatant, measurable using the following Test A:
  • a 400 ml beaker 150 g of distilled water are introduced at a temperature of 20 ° C +/- 2 ° C with stirring with a magnetic bar and precisely 5 g of legume protein sample is added to test. If necessary, the pH is adjusted to the desired value with 0.1 N NaOH. The water content is made up to reach 200 g of water. Mix for 30 minutes at 1000 rpm and centrifuge for 15 minutes at 3000 g. 25 g of the supernatant are collected and placed in a crystallizer previously dried and tared. The crystallizer is placed in an oven at 103 ° C +/- 2 ° C for 1 hour. It is then placed in a desiccator (with dehydrating agent) to cool to room temperature and weighed.
  • a desiccator with dehydrating agent
  • Solubility corresponds to the soluble dry matter content, expressed in% by weight relative to the weight of the sample.
  • the solubility is calculated with the following formula:
  • the isolate according to the invention is characterized by a high protein content greater than 70% by weight, preferably greater than 80% by weight, expressed as a percentage of proteins on dry matter, even more preferably greater than 90% by weight.
  • the protein composition according to the invention has a dry matter of greater than 80% by weight, preferably greater than 85% by weight, even more preferably greater than 90% by weight. Any method for measuring the water content can be used to quantify this dry matter, the gravimetric technique evaluating the loss of water by desiccation is preferred.
  • It consists of determining the amount of water evaporated by heating a known quantity of a sample of known mass.
  • the water is evaporated by placing the sample in a heated chamber until the mass of the sample stabilizes, the water being completely evaporated.
  • the temperature is 105 ° C under atmospheric pressure.
  • a second aspect of the invention consists of a process for producing a faba bean protein composition according to the invention, characterized in that it comprises the following steps: 1) Use of bean seeds; 2) Grinding of the beans using a stone mill, followed by separation of the ground material obtained into two so-called light and heavy fractions using an ascending air flow, then a second grinding of the heavy fraction with a knife mill; 3) Final grinding of the heavy fraction using a roller mill to obtain a flour; 4) Suspending the flour in an aqueous solvent, the pH of which is between 6 and 8, preferably 7; 5) Elimination of the solid fractions of the suspension by centrifugation and obtaining a liquid fraction; 6) Isolation by precipitation by heating at isoelectric pH of the bean proteins contained in the liquid fraction; 7) Dilution of the bean proteins previously obtained to 15-20% by weight of dry matter and neutralization of the pH between 5.5 and 6.5, preferably 6.5, to obtain the protein composition of bean; 8) Drying of the protein composition of faba beans
  • stone mill is meant a system made up of two superimposed stone cylinders leaving a space approximately equal to the size of the seed.
  • One of the cylinders is static, while the other is rotating.
  • the seeds are introduced between these two cylinders, and their relative movement will impose a physical constraint on these seeds.
  • the first step consists in the implementation of beans seeds. These still include their protective external fibers, also called “hulls” in English.
  • the seeds can undergo a pre-treatment which may include steps of cleaning, sieving (separation of the seeds from the stones, for example), soaking, bleaching or toasting.
  • a pre-treatment which may include steps of cleaning, sieving (separation of the seeds from the stones, for example), soaking, bleaching or toasting.
  • the heat treatment scale will be 3 minutes at 80 ° C.
  • Non-limiting examples of varieties are, for example, the Tiffany, FFS or YYY varieties.
  • varieties of bean seeds with a naturally low tannin and / or polyphenol content will be used, such as the Organdi variety. Such varieties are known and capable of being obtained by varietal crossing and / or genetic modifications.
  • the second step aims at the most efficient possible separation of the external fibers and the cotyledons. It is initiated by a first crushing of the beans seeds using a stone mill.
  • a stone mill A particular and particularly suitable example of such a stone mill is for example marketed by the company Alma®.
  • the seed will be introduced into a space made up of two stone discs, one of which is rotating.
  • the inter-disc space is adjusted between 0.4 and 0.6 mm.
  • the ground material obtained is then subjected to the application of an ascending air flow, against the current.
  • the different solid particles will be classified according to their density.
  • two fractions are obtained: a light fraction mainly containing the external fibers or “hulls” and a “heavy” fraction mainly containing the cotyledons.
  • a particular and particularly suitable example of a suitable device is, for example, MZMZ 1 - 40 sold by the company Hosokawa-alpine®.
  • the heavy fraction, enriched in cotyledons, will then be ground using a knife mill.
  • a particular and particularly suitable example of such a knife mill is, for example, the SM300 sold by the company Retsch®.
  • the succession of the three operations mentioned above within the second step aims to separate very finely the external fibers and the cotyledons, avoiding degrading these two parts and mixing it.
  • the methods of the prior art are either too simplistic and do not achieve effective separation of the external fibers, or complicated and therefore difficult to operate from an industrial point of view.
  • the process described for example in “Technological-scale dehulling process to improve the nutritional value of faba beans” involves two grindings, two filtrations and one turboseparation (by current rising air). This process makes it possible to obtain a cotyledon fraction which still contains 1.2% of external fibers in the cotyledons.
  • the third step aims to reduce the particle size of the heavy fraction enriched in cotyledons by grinding them using a roller mill.
  • a particular and particularly suitable example of such a roller mill is, for example, MLU 202, sold by the company Bühler®. It is used here in order to reduce the grain size of the flour overall, in order to obtain a homogeneous and sufficiently fine powder to allow the next step 4 to be facilitated.
  • the preferred particle size is between 200 and 400 microns, preferably 300 microns.
  • a laser granulometry apparatus is preferably used, although any method is possible such as sieving.
  • the step of reducing the particle size of the heavy fraction enriched in cotyledons can be carried out in the presence of an aqueous solvent, preferably water.
  • an aqueous solvent preferably water.
  • the fourth step below is merged with the third step which are then carried out concomitantly.
  • the fourth step aims to suspend the powder obtained in the previous third step in an aqueous solvent, preferably in water.
  • the aim here is to achieve a selective extraction of certain compounds, mainly proteins as well as salts and sugars, by dissolving them.
  • the pH of the solution is advantageously adjusted to a neutral pH in order to limit the solubilization of tannins and polyphenols as much as possible. This pH adjustment can be carried out before and / or after suspension of the powder in the aqueous solvent.
  • the aqueous solvent is preferably water.
  • the latter can nevertheless be additivated, for example with compounds making it possible to facilitate solubilization.
  • the pH of the aqueous solvent is adjusted between 6 and 8, preferably 7. Any acidic or basic reagent such as sodium hydroxide, lime, citric or hydrochloric acid is possible, but potassium hydroxide and ascorbic acid are preferred.
  • the temperature is adjusted between 2 ° C and 30 ° C, preferably between 10 ° C and 30 ° C, preferably between 15 ° C and 25 ° C, even more preferably at 20 ° C. This temperature is regulated throughout the extraction reaction.
  • the powder obtained is diluted in order to obtain a suspension of between 5% and 25%, preferably between 5% and 15%, preferably between 7% and 13%, even more preferably between 9% and 11%, most preferred being 10%, the percentage being expressed in weight of powder per total weight of water / powder suspension.
  • the suspension is stirred using any equipment well known to those skilled in the art, for example a tank equipped with an agitator, equipped with blades, marine propellers, or any equipment allowing efficient agitation.
  • the extraction time, preferably with stirring, is between 5 and 25 minutes, preferably between 10 and 20 minutes, even more preferably 15 minutes.
  • the fifth step aims to separate by centrifugation the soluble fraction and the solid fraction obtained during the fourth step.
  • the preferred industrial principle can be found in patent application EP 1400537 which is incorporated here by reference. The principle of this process is to start by using a hydrocyclone to extract a fraction enriched in starch, then to use a horizontal decanter to extract a fraction enriched in internal fibers. However, it is possible to use an industrial centrifuge which will extract a fraction enriched with starch and internal fibers. In all cases, solid fractions are obtained and a liquid fraction which concentrates the majority of proteins.
  • the sixth step aims to acidify the isoelectric pH of the bean proteins, around 4.5, then to subject the solution to heating in order to coagulate the proteins called globulins, which will be separated by centrifugation.
  • the acidification is carried out at a pH between 4 and 5, preferably 4.5. This is preferably carried out with hydrochloric acid at approximately 7% by mass, but all types of acids, mineral or organic, can be used, such as citric acid. Even more preferably, the use of pure ascorbic acid or in combination with another mineral or organic acid is also possible.
  • the use of ascorbic acid to acidify allows an improvement of the final coloring. Any means of heating is then possible, for example by means of a stirred tank equipped with a double jacket and / or coil or an in-line steam injection cooker. ("Jet cooker" in English).
  • the heating temperature is advantageously between 45 ° C and 75 ° C, preferentially between 50 ° C and 70 ° C, even more preferably between 55 ° C and 65 ° C, the most preferred being 60 ° C.
  • the heating time is advantageously between 5 minutes and 25 minutes, preferably between 10 and 20 minutes, the most preferred being 10 minutes.
  • the protein composition mainly globulin, will coagulate and precipitate within the solution. It will be separated by any centrifugation technique, such as the Flottwegg® Sedicanteur.
  • the residual solution obtained concentrates sugars, salts and albumins, it is called bean soluble. It will be treated separately, preferably evaporated and / or dried.
  • the second fraction can typically be upgraded in the fermentation and / or animal nutrition industries. To do this, it must be concentrated in order to be stabilized from a bacteriological point of view. To do this, a concentration operation by vacuum evaporation is conventional, carried out using a second heating separate from that which made it possible to coagulate the floc. During this operation, and in the event of simple isoelectric precipitation during the floc / soluble separation, a deposit of coagulated proteins will accumulate in the evaporator.
  • the protein composition is then diluted to approximately 15-20% by weight of dry matter and neutralized to a pH of between 5.5 and 6.5, preferably 6.5, using any type of basic agent, preferably potash at 20% by mass.
  • the protein composition can then undergo a heat treatment, preferably at a temperature of 135 ° C by direct injection of steam by nozzle and cooling by vacuum flash effect at 65 ° C.
  • the protein composition obtained can be used directly, for example by being hydrolyzed by a protease or else textured by an extruder.
  • the protein composition according to the invention is dried.
  • the preferred mode of drying is atomization, particularly using a multi-effect atomizer. Typical settings are an inlet temperature of 200 ° C and a vapor temperature of 85-90 ° C.
  • the protein composition according to the invention allows in particular easy use in protein enrichment in bakery / pastry applications.
  • the high protein content and its amino acid profile allows beneficial enrichment for the consumer, its low solubility makes it possible to limit aqueous interactions and thus disturbances within the dough or dough pieces.
  • the protein composition according to the invention is particularly suitable for dairy applications.
  • the invention relates to the application of the bean isolate in nutritional formulations such as: - drinks, in particular through mixtures of powders to be reconstituted, in particular for dietetic nutrition (sport, slimming), ready-to-drink drinks for dietetic or clinical nutrition, liquids (drinks or enteral bags) for clinical nutrition vegetable drinks
  • - drinks in particular through mixtures of powders to be reconstituted, in particular for dietetic nutrition (sport, slimming), ready-to-drink drinks for dietetic or clinical nutrition, liquids (drinks or enteral bags) for clinical nutrition vegetable drinks
  • the nutritional formulations according to the invention can also comprise other ingredients which can modify the chemical, physical, hedonic or processing characteristics of the products or serve as pharmaceutical or complementary nutritional components when they are used for certain target population.
  • these optional ingredients are known or otherwise suitable for use in other food products and can also be used in nutritional formulations according to the invention, provided that these optional ingredients are safe and effective for oral administration and are compatible with the other essential ingredients of the selected product.
  • Non-limiting examples of such optional ingredients include preservatives, antioxidants, emulsifying agents, buffering agents, pharmaceutical active agents, supplemental nutrients, colors, flavors, thickening agents and stabilizers, etc.
  • Powder or liquid nutritional formulations may further include vitamins or related nutrients, such as vitamin A, vitamin E, vitamin K, thiamine, riboflavin, pyridoxine, vitamin B12, carotendids, niacin , folic acid, pantothenic acid, biotin, vitamin C, choline, inositol, their salts and derivatives, and combinations of these.
  • Powdered or liquid nutritional formulations may further include minerals, such as phosphorus, magnesium, iron, zinc, manganese, copper, sodium, potassium, molybdenum, chromium, selenium, chloride, and combinations thereof.
  • Powdered or liquid nutritional formulations may also include one or more masking agents to reduce, for example, bitter flavors in reconstituted powders.
  • Suitable masking agents include natural and artificial sweeteners, sodium sources, such as sodium chloride, and hydrocolloids such as guar gum, xanthan gum, carrageenan, and combinations thereof.
  • the amount of masking agent in the nutritional powder formulation can vary depending on the particular masking agent selected, the other ingredients of the formulation and other formulation or target product variables.
  • Example 1 Comparison of traditional and conventional methods of shelling the external fibers:
  • a same batch of beans of the Tiffany variety is treated in order to separate the external fibers and the cotyledons. To do this, two methods are employed.
  • the grains were first treated using a stone mill (Alma®).
  • the ground material was then treated by turboseparation using a so-called “zig-zag” system (MZM 1 -40, Hosokawa-alpine®).
  • the air speed was 4.0 ms 1 (23 m 3 .h 1 ).
  • a light fraction containing the external fibers and a heavy fraction containing the cotyledons are obtained.
  • the heavy fraction is then treated using a knife mill (SM300, Retsch®), the rotation of which is 700 rpm and the outlet fitted with a 6 mm grid.
  • the heavy fraction is then ground using a roller mill (MLU 202, Bühler®).
  • a flour is obtained whose particle size is less than 300 ⁇ m.
  • the process is shown schematically in Figure 2.
  • the percentage is 1.7%.
  • this percentage is reduced to 0.9%.
  • Example 2 Production of a protein composition according to the invention
  • 75kg of bean flour is prepared with the improved process according to the invention described in paragraph [0063] above.
  • This flour is suspended at 10% by weight of dry matter in drinking water at 20 ° C.
  • the pH is adjusted to 7 by adding potash. Homogenization is carried out for 15 minutes, still at 20 ° C.
  • This supernatant is acidified to pH 4.5 by adding hydrochloric acid at approximately 7% by mass. It is heated to 60 ° C by injecting steam into a double envelope of the tank, where homogenization is carried out for 15 minutes.
  • the sediment is diluted to approximately 15-20% by weight of dry matter and neutralized to pH 6.5 by adding 20% potassium hydroxide.
  • Heat treatment at 135 ° C is carried out using a nozzle and flash cooling under vacuum at 65 ° C is carried out.
  • the product is finally atomized (inlet temperature of 200 ° C and vapor temperature of 85-90 ° C)
  • the protein extraction yield from the flour is 72.5%.
  • the protein obtained is called "protein composition according to the invention"
  • Example 3 Production of a protein composition according to the prior art
  • the protein extraction yield from the flour is 81.2%.
  • the protein obtained is called "Protein composition according to the prior art"
  • Example 4 Comparison of functionalities and analyzes The different compositions obtained by means of Examples 2 and 3 are compared from an analytical (dry matter and protein content) and functional (Solubility according to test A) point of view.
  • a commercial protein composition of bean FAVA BEAN PROTEIN ISOLATE 85% is also acquired from the company YANTAI T, FULL BIOTECH CO LTD (lot DFC021606181 / C1377), representative of the bean isolates available on the market. Table 1 below summarizes these analyzes.
  • the Table shows the exceptionally low solubility at pH greater than 7 of the protein composition according to the invention: it is indeed less than 25%, while the protein compositions according to the prior art exceed 35%.
  • Phase 1 heating from a temperature of 20 ° C to a temperature of 80 ° C in 10 minutes
  • Phase 2 stabilization at a temperature of 80 ° C for 110 minutes
  • Phase 3 cooling from a temperature of 80 ° C to a temperature of 20 ° C in 30 min;
  • Example 5 Vegetable sausages
  • the sausage manufacturing protocol is as follows:
  • the sausages are cooked 5 times in boiling drinking water without salt and then left at room temperature for 30 min.
  • a so-called “slicing” or “cutting” test is carried out to characterize the sausages, consisting in carrying out an action of separating the sausage into two parts using the texturometer by measuring the necessary force. test was performed using a Warner-Bratzler Shear with a full penetration of 25 mm of the sausage and a minimum detection limit of 0.06 N. The maximum force at the point of failure is used to characterize.
  • the isolates to be tested will be Nutralys® F85F from the company ROQUETTE, the bean isolate according to the invention and aquafaba ("Aquafaba Powder” obtained from the company Vôr).
  • the manufacturing protocol is as follows:
  • the firmness (g) corresponds to the force to be applied necessary for the geometry (see the “backward ring extrusion” kit described below) to penetrate into the product
  • the consistency (g. Dry) is a given calculated according to the area under the firmness
  • cohesion curve (g) corresponds to the force to be applied for the geometry to withdraw from the mayonnaise.
  • the texturometer is equipped with the "backward extrusion rig" kit which consists of a disc screwed onto the device and 3 plexiglass containers which are filled with mayonnaise.
  • the acquisition is made using the Exponent software with the program designed for the analysis of mayonnaise.
  • the descent of the geometry takes place at 3mm / s until it reaches the bottom of the container and the rise takes place at 5mm / s.
  • the software automatically plots a curve over time allowing the parameters to be deduced.
  • Example 7 Plant-based milk or "Milk alternative"
  • a vegetable milk is produced to evaluate the performance of our isolate according to the invention in this application.

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Abstract

La présente invention relève du domaine des isolats protéiques de légumineuses, et en particulier des isolats protéiques de féveroles et d'un tel isolat dont la solubilité est inférieure à 25% aux pH supérieurs ou égaux à 7. Elle traite également de leur mode de production ainsi que de leurs applications industrielles.

Description

Description
Titre : COMPOSITION PROTEIQUE DE FEVEROLE
Domaine technique
[0001] L’invention relève du domaine des isolats protéiques de légumineuses, et en particulier des isolats protéiques de féveroles.
Technique antérieure
[0002] Les féveroles, ou féverolles (selon l’ancienne orthographe), sont des plantes annuelles de l'espèce Vicia faba. Ce sont des légumineuses de la famille des Fabaceae, sous-famille des Faboideae, tribu des Fabeae.
[0003] Il s'agit de la même espèce que la fève, plante utilisée depuis l'antiquité pour l'alimentation humaine. Le mot fève désigne alors à la fois la graine et la plante.
[0004] Il est connu de l’art antérieur plusieurs procédés de production permettant, en partant de graines de féverole, de produire un isolat protéique.
[0005] « Potential of Fava Bean as future protein supply to partially replace méat intake in the human diet.” (Multari & al., in Comprehensive Reviews in Food Science and Food SafetyVol.14, 2015) donne une excellente revue des connaissances actuelles sur ce sujet.
[0006] Le procédé classique s’initie par un broyage des féveroles afin d’obtenir une farine. Celle-ci est ensuite délayée dans de l’eau afin de subir une extraction alcaline visant à solubiliser les protéines de féverole. La solution subit ensuite une séparation liquide/solide afin d’obtenir d’une part une solution brute protéique et d’autre part une fraction solide enrichie en amidon et fibres. Les protéines sont extraites via une précipitation à pH isoélectrique des protéines, elles sont séparées de la solution aqueuse et séchées.
[0007] L’isolat protéique ainsi obtenu possède une richesse protéique d’au moins 80% (exprimé en azote total multiplié par le coefficient 6,25, sur la matière sèche totale, méthode de calcul décrite dans le document disponible à l’adresse suivante : http://www.favv- afsca.fgov.be/laboratories/methods/fasfc/_documents/METLFSAL003Proteinebrut ev10.pdf). Celui-ci est d’intérêt industriel connu de long terme, surtout en alimentation humaine et animale. En effet, ses propriétés nutritionnelles et fonctionnelles permettent de l’inclure dans un grand nombre de recettes et formulations.
[0008] Il subsiste cependant deux problèmes techniques majeurs auxquels l’Homme du métier doit encore faire face à ce jour.
[0009] Tout d’abord, l’isolat protéique obtenu est systématiquement caractérisé d’une coloration sombre grisée, voire noire. Celle-ci provient majoritairement des tanins et polyphénols présents dans les fibres externes, entraînées avec les protéines lors du procédé de fabrication dudit isolat protéique.
[0010] Malgré un soin extrême, les procédés traditionnels de décorticage de la fibre externe (dits « dehulling » en anglais) ne permettent pas de retirer suffisamment de tanins et polyphénols, et la coloration sombre apparente limite le nombre d’applications possibles.
[0011] Des procédés optimisés ont été développés. Le procédé décrit par exemple dans « Technological-scale dehulling process to improve the nutritional value of faba beans » (Meijer & al., in Animal Feed Science and Technology, 46, 1994) embarque deux broyages, deux filtrations et une turboséparation
(classification des particules selon leur densité à l’aide d’un courant d’air ascendant). Ces raffinements technologiques sont complexes et donc coûteux.
[0012] En second lieu, l’isolat protéique de féverole selon l’art antérieur possède une excellente solubilité aqueuse, en particulier aux pH supérieurs à 7. Cette propriété, essentielle pour certaines applications, se révèle un désavantage pour certaines autres comme par exemples les applications boulangerie / pâtisserie.
[0013] Dans sa thèse“THE EFFECT OF GENOTYPE AND THE ENVIRONMENT ON THE PHYSICOCHEMICAL AND FUNCTIONAL ATTRIBUTES OF FABA BEAN PROTEIN ISOLATES” en 2015, Singhal exemplifie très précisément cette excellente solubilité. Le procédé est un grand classique de la production d’isolat protéique de féverolle, en combinant extraction alcaline et précipitation isoélectrique. L’auteur s’intéresse ensuite à la caractérisation fonctionnelle de cet isolat, dont sa solubilité. Mesurée à pH 7, selon la méthodologie utilisée dans « Emulsifying properties of chickpea, faba bean, lentil and pea proteins produced by isoelectric précipitation and sait extraction. » (Food Research International, 44, 2011 , p.2742-2750), celle-ci est clairement supérieure à 60%
[0014] Il existe plusieurs solutions dont celle précédemment exposée dans la demande EP 2,911 ,524. Celle-ci consiste principalement en l’utilisation de chaux comme agent de rectification du pH. L’ion calcium avec ses deux charges positives agit comme un agent réticulant, qui va relier entre elles les différentes chaînes protéiques et ainsi créer un réseau dont la solubilité est amoindrie par rapport au même réseau non traité par la chaux.
[0015] Cette solution oblige néanmoins à la mise en oeuvre obligatoire de chaux qui reste un composé difficile à mettre en oeuvre en milieu industriel. En effet, celui-ci est très insoluble et se manipule donc sous forme de suspension laiteuse. Il est courant que les installations industrielles soient colmatées par des dépôts, ce qui nécessite arrêt et nettoyage.
Il est donc d’intérêt pour la technique de connaître un procédé simple et efficace, permettant d’accéder à un isolat de féverole le plus clair possible en coloration et possédant une solubilité réduite à un pH supérieur à 7.
[0016] Il est du mérite de la demanderesse d’avoir trouvé un tel procédé et un tel isolat. Cette invention sera décrite dans la section suivante.
Description de l’invention
[0017] Il est proposé selon la présente invention une composition protéique de féverole dont la couleur est caractérisée par une composante L supérieure à 70 selon la mesure L*a*b et la solubilité est inférieure à 25 % aux pH supérieurs à 7. De manière préférée, la solubilité aux pH supérieurs ou égaux à 7, est inférieure à 25%. De manière encore plus préférée, la solubilité à pH 3 est également inférieure à 25%.
[0018] Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de production d’une composition protéique de féverole selon l’invention caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes : 1 ) Mise en oeuvre de graines de féverole ; 2) Broyage des graines de féverole à l’aide d’un moulin à pierre, suivi d’une séparation du broyât obtenu en deux fractions dites légère et lourde à l’aide d’un flux d’air ascendant, puis d’un second broyage de la fraction lourde avec un moulin à couteaux ; 3) Broyage final de la fraction lourde à l’aide d’un broyeur à rouleaux pour obtenir une farine; 4) Mise en suspension de la farine dans un solvant aqueux dont le pH est compris entre 6 et 8, préférentiellement 7; 5) Elimination des fractions solides de la suspension par centrifugation et obtention d’une fraction liquide; 6) Isolement par précipitation par chauffage au pH isoélectrique des protéines de féverole contenues dans la fraction liquide ; 7) Dilution des protéines de féveroles précédemment obtenues à 15-20% en poids de matière sèche et neutralisation du pH compris entre 5,5 et 6,5 , préférentiellement 6,5, pour obtenir la composition protéique de féverole ; 8) Séchage de la composition protéique de féverole.
[0019] Selon un dernier aspect, il est proposé les utilisations industrielles, en particulier en alimentation humaine ou animale, en cosmétique, en pharmacie, de l’isolat protéique de féverole selon l’invention.
[0020] L’invention et les variantes de celle-ci peuvent permettre, de manière générale, de proposer une solution pratique et efficiente pour répondre aux besoins de l’industrie de disposer d’un isolat protéique de féverole dont la couleur est caractérisée par une composante L supérieure à 70 selon la mesure L*a*b et la solubilité aux pH supérieurs à 7 est inférieure à 25%, de son procédé de production et des utilisations industrielles idoines.
[0021] L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description, présentée dans les chapitres suivants.
Brève description des dessins
[0022] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : Fig. 1 [0023] [Fig. 1 ] montre un procédé classique de séparation des fibres externes et des cotylédons de graines de féveroles;
Fig. 2
[0024] [Fig. 2] montre un procédé selon l’invention de séparation des fibres externes et des cotylédons de graines de féveroles;
Description détaillée de l’invention
[0025] Comme mentionné ci-dessus, il est tout d’abord proposé selon la présente invention une composition protéique de féverole dont la couleur est caractérisée par une composante L supérieure à 70, préférablement supérieure à 75, encore plus préférentiellement supérieure à 80 selon la mesure L*a*b et la solubilité selon le test A est inférieure à 25% aux pH supérieurs à 7.
[0026] De manière préférée, la solubilité de la composition protéique de féverole de l’invention selon le test A aux pH supérieurs ou égaux à 7 est inférieure à 25% sur poids total.
[0027] De manière encore plus préférée, la solubilité de la composition protéique de féverole de l’invention selon le test A aux pH supérieurs ou égaux à 7 et inférieurs ou égaux à 8 est inférieure à 25% sur poids total.
[0028] Selon un autre mode de réalisation particulier, la solubilité de la composition protéique de féverole de l’invention selon le test A à pH 3 est inférieure à 25% sur poids total.
[0029] Par « féverole », on entend le groupe des plantes annuelles de l'espèce Vicia faba, appartenant au groupe des légumineuses de la famille des Fabaceae, sous-famille des Faboideae, tribu des Fabeae. On distingue les variétés Minor et Major. Dans la présente invention, les variétés sauvages et celles obtenues par génie génétique ou sélection variétales sont toutes d’excellentes sources.
[0030] Par « composition protéique », on entend toute composition riche en protéines, obtenue par extraction d’une plante et purification si nécessaire. On distingue les concentrats dont la richesse exprimée en % en poids de protéines sur matière sèche est supérieure à 50%, des isolats dont la richesse exprimée en % en poids de protéines sur matière sèche est supérieure à 80%. [0031] Par « mesure L*a*b », on entend l’évaluation de la coloration selon la méthodologie d’espace chromatique CIE (Commission Internationale de l’Eclairage) présentée dans la publication « Colorimetry » (n° 15, 2ème Ed., p. 36, 1986), à l’aide d’un spectrophotomètre adapté, qui la convertit en 3 paramètres : la clarté L qui prend des valeurs entre 0 (noir) et 100 (blanc de référence) ; le paramètre a représente la valeur sur un axe vert rouge et le paramètre b représente la valeur sur un axe bleu jaune. La mesure de cette coloration est préférentiellement réalisée à l’aide des spectrophotomètres DATA COLOR -DATA FLASH 100 ou KONIKA MINOLTA CM5, avec l’aide de leurs manuels d’utilisation.
[0032] Par « solubilité », on comprend la quantification du pourcentage de matières solubles dans l’eau d’une poudre par dilution de la poudre dans de l’eau distillée, la centrifugation de la suspension obtenue et l’analyse de la quantité de matière solubilisée dans le surnageant, mesurable à l’aide du Test A suivant :
[0033] Dans un bêcher de 400 mL, on introduit 150 g d’eau distillée à une température de 20°C +/- 2°C sous agitation avec un barreau magnétique et on ajoute précisément 5 g d’échantillon de protéine de légumineuse à tester. Si besoin, on ajuste le pH à la valeur souhaitée avec NaOH 0,1 N. On complète le contenu en eau pour atteindre 200 g d’eau. On mélange pendant 30 minutes à 1000 rpm et on centrifuge pendant 15 minutes à 3000 g. On collecte 25 g du surnageant que l’on introduit dans un cristallisoir préalablement séché et taré. On place le cristallisoir dans une étuve à 103°C +/- 2°C pendant 1 heure. On le place ensuite dans un dessiccateur (avec agent déshydratant) pour refroidir à température ambiante et on le pèse.
[0034] La solubilité correspond au contenu en matières sèches solubles, exprimé en % en poids par rapport au poids de l’échantillon. La solubilité est calculée avec la formule suivante :
[0035] [Math. 1 ]
(ml— m2) x (200 + P)
% solubilité = x 100
PI x P
ou :
P = poids, en g, de l’échantillon = 5 g m1 = poids, en g, du cristallisoir après séchage
m2 = poids, en g, du cristallisoir vide
P1 = poids, en g, de l’échantillon collecté = 25 g
[0036] De manière préférée, l’isolat selon l’invention est caractérisé par une richesse en protéine supérieure à 70% en poids, préférentiellement supérieure à 80% en poids, exprimée en pourcentage de protéines sur matière sèche, encore plus préférentiellement supérieure à 90% en poids.
[0037] De manière préférée, la composition protéique selon l’invention possède une matière sèche supérieure à 80% en poids, préférentiellement supérieure à 85% en poids, encore plus préférentiellement supérieure à 90% en poids. Toute méthode pour mesurer la teneur en eau est utilisable pour quantifier cette matière sèche, la technique gravimétrique évaluant la perte d’eau par dessiccation est préférée.
Elle consiste à déterminer la quantité d’eau évaporée par chauffage d’une quantité connue d’un échantillon de masse connue.
- On pèse l’échantillon au départ et on mesure une masse m1 en g.
- On évapore l’eau en plaçant l’échantillon dans une enceinte chauffée jusqu’à stabilisation de la masse de l’échantillon, l’eau étant complètement évaporée. De préférence, la température est de 105°C sous pression atmosphérique
- On pèse l’échantillon final et on mesure une masse m2 en g
- Matière sèche = ( m2 / m1 ) * 100.
[0038] Un second aspect de l’invention consiste en un procédé de production d’une composition protéique de féverole selon l’invention caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes : 1 ) Mise en oeuvre de graines de féverole ; 2) Broyage des graines de féverole à l’aide d’un moulin à pierre, suivi d’une séparation du broyât obtenu en deux fractions dites légère et lourde à l’aide d’un flux d’air ascendant, puis d’un second broyage de la fraction lourde avec un moulin à couteaux ; 3) Broyage final de la fraction lourde à l’aide d’un broyeur à rouleaux pour obtenir une farine; 4) Mise en suspension de la farine dans un solvant aqueux dont le pH est compris entre 6 et 8, préférentiellement 7; 5) Elimination des fractions solides de la suspension par centrifugation et obtention d’une fraction liquide; 6) Isolement par précipitation par chauffage au pH isoélectrique des protéines de féverole contenues dans la fraction liquide ; 7) Dilution des protéines de féveroles précédemment obtenues à 15-20% en poids de matière sèche et neutralisation du pH compris entre 5,5 et 6,5 , préférentiellement 6,5, pour obtenir la composition protéique de féveroles; 8) Séchage de la composition protéique de féveroles
[0039] Par « moulin à pierre », on entend un système composé de deux cylindres en pierre superposés en laissant un espace égal environ à la taille de la graine. Un des cylindres est statique, tandis que l’autre est en rotation. Les graines sont introduites entre ces deux cylindres, et leur mouvement relatif va imposer une contrainte physique à ces graines.
[0040] Par « moulin à couteaux », on doit comprendre un système constitué d’une chambre équipée d’une entrée supérieure pour introduire les graines, de plusieurs couteaux disposés sur un axe destiné à les mettre en rotation dans ladite chambre et d’une sortie inférieure équipée d’un tamis pour ne laisser sortir que les graines d’une granulométrie désirée.
[0041] La première étape consiste en la mise en œuvre de graines de féverole. Celles-ci comportent encore leurs fibres externes protectrices, appelées également « hulls » en anglais. Les graines peuvent subir un pré-traitement susceptible de comporter des étapes de nettoyage, de tamisage (séparation des graines des cailloux par exemple), de trempage, de blanchiment, de toastage. De manière préférée, si un blanchiment est effectué, le barème du traitement thermique sera de 3 minutes à 80°C. Des exemples non-limitatifs de variétés sont par exemple les variétés Tiffany, FFS ou YYY. De manière préférentielle, on utilisera des variétés de graines de féveroles dont la teneur en tanins et/ou polyphénols est naturellement basse telles que la variété Organdi. De telles variétés sont connues et susceptibles d’être obtenues par croisement variétal et/ou modifications génétiques.
[0042] La seconde étape vise la séparation la plus efficace possible des fibres externes et des cotylédons. Elle est initiée par un premier broyage des graines de féverole à l’aide d’un moulin à pierre. Un exemple particulier et particulièrement approprié d’un tel moulin à pierre est par exemple commercialisé par la société Alma®. Comme précédemment décrit, la graine va être introduite dans un espace constitué de deux disques en pierre, dont l’un est en rotation. La demanderesse s’est aperçue que cette technique est particulièrement d’intérêt car elle va provoquer une séparation très efficace des fibres externes et des cotylédons des graines. De manière préférée, l’espace inter-disque est ajustée entre 0,4 et 0,6 mm.
[0043] Le broyât obtenu subit ensuite l’application d’un flux d’air ascendant, à contre-courant. Les différentes particules solides vont être classifiées selon leur densité. Typiquement, après équilibre, on obtient deux fractions : une fraction légère contenant majoritairement les fibres externes ou « hulls » et une fraction « lourde » contenant majoritairement les cotylédons. Un exemple particulier et particulièrement approprié d’un appareillage adéquat est par exemple le MZMZ 1 - 40 commercialisé par la société Hosokawa-alpine®.
[0044] La fraction lourde, enrichie en cotylédons, va ensuite être broyée à l’aide d’un moulin à couteaux. Un exemple particulier et particulièrement approprié d’un tel moulin à couteaux est par exemple le SM300 commercialisé par la société Retsch®.
[0045] La succession des trois opérations ci-dessus citées au sein de la seconde étape vise à séparer de manière très fine les fibres externes et les cotylédons, en évitant de dégrader ces deux parties et mélanger celle-ci. Les procédés de l’art antérieur sont, soit trop simplistes et ne parviennent pas à une séparation efficace des fibres externes, soit compliqués et donc difficiles à opérer d’un point de vue industriel. Le procédé décrit par exemple dans « Technological-scale dehulling process to improve the nutritional value of faba beans » (Meijer & al., in Animal Feed Science and Technology, 46, 1994) embarque deux broyages, deux filtrations et une turboséparation (par courant d’air ascendant). Ce procédé permet l’obtention d’une fraction de cotylédon qui contient encore 1 ,2% de fibres externes dans les cotylédons. Notre invention simplifie le procédé (deux broyages utilisant des types de broyeurs de technologies différentes, avec une turboséparation entre les deux broyages) et permet de réduire la teneur en fibres externes à une valeur de 1 %, voire inférieure. [0046] La troisième étape vise à réduire la granulométrie de la fraction lourde enrichie en cotylédons par leur broyage à l’aide d’un broyeur à rouleaux. Un exemple particulier et particulièrement approprié d’un tel broyeur à rouleaux est par exemple le MLU 202, commercialisé par la société Bühler®. Il est ici utilisé afin de réduire la granulométrie de la farine de manière globale, afin d’obtenir une poudre homogène et suffisamment fine afin de permettre à l’étape 4 suivante d’être facilitée. La granulométrie préférée est comprise entre 200 et 400 microns, préférentiellement 300 microns. Afin de mesurer cette granulométrie, on utilise préférentiellement un appareil de granulométrie laser, bien que toute méthode soit possible telle que le tamisage.
[0047] De manière alternative, l’étape de réduction de la granulométrie de la fraction lourde enrichie en cotylédons peut être réalisée en présence de solvant aqueux, préférentiellement de l’eau. Dans ce cas, la quatrième étape ci-dessous est fusionnée avec la troisième étape qui sont alors réalisées de manière concomitante.
[0048] La quatrième étape vise à mettre en suspension la poudre obtenue dans la troisième étape précédente dans un solvant aqueux, préférentiellement dans de l’eau. Le but est ici de réaliser une extraction sélective de certains composés, majoritairement les protéines ainsi que les sels et les sucres, en les solubilisant. Le pH de la solution est avantageusement rectifié vers un pH neutre afin de limiter au maximum la solubilisation des tanins et polyphénols. Cette rectification de pH peut être effectuée avant et/ou après suspension de la poudre dans le solvant aqueux.
[0049] Le solvant aqueux est préférentiellement de l’eau. Celle-ci peut néanmoins être additivée, par exemple avec des composés permettant de faciliter la solubilisation. Le pH du solvant aqueux est ajusté entre 6 et 8, préférentiellement 7. Tout réactif acide ou basique tel que la soude, la chaux, l’acide citrique ou chlorhydrique est envisageable, mais la potasse et l’acide ascorbique sont préférés. La température est ajustée entre 2°c et 30°c, préférentiellement entre 10°C et 30°C, préférentiellement entre 15°C et 25°C, encore plus préférentiellement à 20°C. Cette température est régulée tout au long de la réaction d’extraction. [0050] La poudre obtenue est délayée afin d’obtenir une suspension comprise entre 5% et 25%, préférentiellement entre 5% et 15%, préférentiellement entre 7% et 13%, encore plus préférentiellement entre 9% et 11 %, le plus préféré étant 10%, le pourcentage étant exprimé en poids de poudre par poids total de suspension eau/poudre. La suspension est agitée à l’aide de tout appareillage bien connu de l’Homme du métier, par exemple une cuve équipée d’un agitateur, équipé de pales, d’hélices marines, ou de tout équipement permettant une agitation efficace. Le temps d’extraction, préférentiellement sous agitation, est compris entre 5 et 25 minutes, préférentiellement entre 10 et 20 minutes, encore plus préférentiellement 15 minutes.
[0051] La cinquième étape vise à séparer par centrifugation la fraction soluble et la fraction solide obtenues lors de la quatrième étape. On peut retrouver le principe industriel préféré dans la demande de brevet EP 1400537 qui est incorporée ici par référence. Le principe de ce procédé est de commencer en utilisant un hydrocyclone afin d’extraire une fraction enrichie en amidon, puis d’utiliser une décanteuse horizontale afin d’extraire une fraction enrichie en fibres interne. Néanmoins, il est possible d’utiliser une centrifugeuse industrielle qui va extraire une fraction enrichie en amidon et en fibres internes. Dans tous les cas, on obtient des fractions solides et une fraction liquide qui concentre la majorité des protéines.
[0052] La sixième étape vise à acidifier au pH isoélectrique des protéines de féverole, autour de 4,5, puis de faire subir à la solution un chauffage afin de faire coaguler les protéines dites globulines, qui seront séparées par centrifugation.
[0053] L’acidification est réalisée à un pH entre 4 et 5, préférentiellement 4,5. Celle-ci est réalisée préférentiellement avec de l’acide chlorhydrique à 7% massique environ, mais tous types d’acides, minéraux ou organiques, sont utilisables tels que l’acide citrique. De manière encore plus préférentielle, l’utilisation d’acide ascorbique pur ou en combinaison avec un autre acide minéral ou organique, est également possible. L’utilisation d’acide ascorbique pour acidifier permet une amélioration de la coloration finale. Tout moyen de chauffage est ensuite possible, par exemple au moyen d’une cuve agitée équipée d’une double enveloppe et/ou serpentin ou un cuiseur en ligne par injection de vapeur (« jet cooker » en anglais). La température de chauffage est avantageusement comprise entre 45°C et 75°C, préférentiellement entre 50°C et 70°C, encore plus préférentiellement entre 55°C et 65°C, le plus préféré étant 60°C. Le temps de chauffage est avantageusement compris entre 5 minutes et 25 minutes, préférentiellement entre 10 et 20 minutes, le plus préféré étant 10 minutes.
[0054] La composition protéique, majoritairement de la globuline, va coaguler et précipiter au sein de la solution. Elle sera séparée par toute technique de centrifugation, comme par exemple le Sédicanteur Flottwegg®. La solution résiduelle obtenue concentre sucres, sels et albumines, elle est appelée solubles de féverole. Elle sera traitée à part, préférentiellement évaporée et/ou séchée.
[0055] Il est à noter que l’art antérieur de l’extraction protéique de la féverole enseigne exclusivement une précipitation isoélectrique, sans chauffage. La combinaison des deux étapes selon l’invention permet l’obtention de l’isolat selon l’invention, mais aussi d’obtenir des solubles de féverole (nom du surnageant obtenu après précipitation et centrifugation) stables à la température. En effet, les solubles de féverole obtenus par précipitation isoélectrique lorsqu’ils sont exposés à une température élevée, par exemple dans un évaporateur, vont précipiter. Ce précipité est un désavantage majeur car il mène à un encrassement des installations industrielles.
[0056] En revanche, la combinaison de la précipitation isoélectrique avec un chauffage contrôlé proposé par l’invention permet l’obtention :
- d’un floc de protéines coagulées, donnant après traitement requis le produit revendiqué dans la présente demande, et
- de solubles résiduels contenant entre autres des protéines solubles (albumines), sels et sucres
La deuxième fraction peut être typiquement valorisée dans les industries de la fermentation et/ou de la nutrition animale. Pour ce faire, elle doit être concentrée afin d’être stabilisée d’un point de vue bactériologique. Pour ce faire, une opération de concentration par évaporation sous vide est classique, effectuée à l’aide d’un deuxième chauffage distinct de celui ayant permis de coaguler le floc. Lors de cette opération, et en cas de simple précipitation isoélectrique lors de la séparation floc/solubles, un dépôt de protéines coagulées va s’accumuler dans l’évaporateur.
[0057]
[0058] Dans une septième étape, la composition protéique est ensuite diluée à environ 15-20% en poids de matière sèche et neutralisée à pH compris entre 5,5 et 6,5, préférentiellement 6,5, à l’aide de tout type d’agent basique, préférentiellement de la potasse à 20% massique.
[0059] La composition protéique peut ensuite subir un traitement thermique, préférentiellement à une température de 135°C par injection directe de vapeur par tuyère et refroidissement par effet flash sous-vide à 65°C.
[0060] La composition protéique obtenue peut être utilisée directement par exemple en étant hydrolysée par une protéase ou bien texturée par une extrudeuse.
[0061] Dans une huitième étape, la composition protéique selon l’invention est séchée. Le mode préféré de séchage est l’atomisation, en particulier à l’aide d’un atomiseur à multiple effets. Les paramètres typiques sont une température d’entrée de 200°C et une température des buées à 85-90°C.
[0062] Selon un dernier aspect, il est proposé les utilisations industrielles, en particulier en alimentation humaine ou animale, en cosmétique, en pharmacie, de l’isolat protéique de féverole selon l’invention. La composition protéique selon l’invention permet en particulier une utilisation aisée en enrichissement protéique dans les applications de boulangerie/pâtisserie. La haute teneur en protéines et son profil en acides aminés permet un enrichissement profitable au consommateur, sa faible solubilité permet de limiter les interactions aqueuses et ainsi les perturbations au sein de la pâte ou des pâtons.
[0063] Au sein des applications alimentaires humaines, la composition protéique selon l’invention est particulièrement adaptée aux applications laitières.
[0064] Plus particulièrement et de manière préférée, l’invention concerne l'application de l’isolat de féverole dans des formulations nutritionnelles telles que: - les boissons, notamment par le biais de mélanges de poudres à reconstituer, notamment pour la nutrition diététique (sport, minceur), boissons prêtes-a-boire pour la nutrition diététique ou clinique, liquides (boissons ou poches entérales) pour la nutrition clinique, boissons végétales,
- les laits fermentés de type yaourts (brassés, à la grecque, à boire...)
- en crèmes végétales (telle que la crème pour café ou « coffee whitener » ), crèmes desserts, desserts glaces ou sorbets.
- les biscuits, muffins, pancakes, barres nutritionnelles (destinées à la nutrition spécialisée minceur ou pour les sportifs), pains, notamment les pains sans gluten enrichis en protéines, céréales hyper protéinées, obtenues par cuisson extrusion (« crisps » pour inclusion, céréales petit déjeuner , « snacks »),
- les fromages,
- les analogues de viandes, analogues de poissons, sauces, en particulier la mayonnaise.
[0065] Les formulations nutritionnelles selon l'invention peuvent comprendre en outre d'autres ingrédients qui peuvent modifier les caractéristiques chimiques, physiques, hédoniques ou de transformation des produits ou servir de composants nutritionnels pharmaceutiques ou complémentaires lorsqu'elles sont utilisées pour certaine population ciblée. Beaucoup de ces ingrédients facultatifs sont connus ou autrement adaptes pour une utilisation dans d'autres produits alimentaires et peuvent également être utilisés dans les formulations nutritionnelles conformes à l'invention, à condition que ces ingrédients facultatifs soient surs et efficaces pour l'administration orale et sont compatibles avec les ingrédients essentiels autres du produit sélectionné. Des exemples non limitatifs de tels ingrédients facultatifs comprennent des conservateurs, des antioxydants, des agents émulsifiants, des agents tampons, des agents actifs pharmaceutiques, des nutriments supplémentaires, des colorants, des arômes, des agents épaississants et des stabilisants, etc. Les formulations nutritionnelles en poudre ou liquide peuvent comprendre en outre des vitamines ou des nutriments lies, tels que la vitamine A, la vitamine E, la vitamine K, la thiamine, la riboflavine, la pyridoxine, la vitamine B12, les carotendides, la niacine, l'acide folique, l'acide pantothénique, la biotine, la vitamine C, la choline, l'inositol, leurs sels et leurs dérivés, et des combinaisons de ceux-ci. Les formulations nutritionnelles en poudre ou liquide peuvent comprendre en outre des minéraux, tels que de phosphore, le magnésium, le fer, le zinc, le manganèse, le cuivre, le sodium, le potassium, le molybdène, le chrome, le sélénium, le chlorure, et des combinaisons de ceux-ci. Les formulations nutritionnelles en poudre ou liquide peuvent également comprendre un ou plusieurs agents masquant pour réduire par exemple les saveurs amères dans les poudres reconstituées. Des agents de masquage appropries comprennent des édulcorants naturels et artificiels, des sources de sodium, telles que le chlorure de sodium, et des hydrocolloïdes tels que la gomme de guar, la gomme xanthane, la carraghenane, et des combinaisons de ceux-ci. La quantité d'agent de masquage dans la formulation nutritionnelle en poudre peut varier en fonction de ('agent de masquage particulier sélectionné, les autres ingrédients de la formulation et d'autres variables de formulation ou de produits cibles.
[0066]
[0067] Ladite invention sera particulièrement mieux comprise à la lecture des exemples suivants.
Exemples
[0068] Exemple 1 : Comparaison des procédés traditionnels et classiques de décorticage des fibres externes :
[0069] Un même lot de graines de féverole de la variété Tiffany est traité afin de séparer les fibres externes et les cotylédons. Pour ce faire, deux procédés sont employés.
[0070] Procédé de l’art antérieur : Les grains ont d’abord été traités à l’aide d’un broyeur à couteaux (SM300, Retsch®) dont la vitesse de rotation était de 700 tr/min. Le broyât a ensuite été traité par turboséparation à l’aide d’un système dit « zig-zag » (MZM 1 -40, Hosokawa-alpine®). La vitesse d’air était de 4.0 m.s 1 (23 m3.h 1). On obtient à la fin une fraction légère contenant les fibres externes et une fraction lourde contenant les cotylédons. La fraction lourde est ensuite broyée à l’aide d’un broyeur à rouleaux (MLU 202, Bühler®). On obtient finalement une farine dont la taille de particules est inférieure à 300 pm. Le procédé est schématisé à la Figure 1. [0071] Procédé amélioré selon l’invention : Les grains ont d’abord été traités à l’aide d’un moulin à pierre (Alma®). Le broyât a ensuite été traité par turboséparation à l’aide d’un système dit « zig-zag » (MZM 1 -40, Hosokawa- alpine®). La vitesse d’air était de 4.0 m.s 1 (23 m3.h 1). On obtient à la fin une fraction légère contenant les fibres externes et une fraction lourde contenant les cotylédons. La fraction lourde est ensuite traitée à l’aide d’un moulin à couteaux (SM300, Retsch®) dont la rotation est de 700 tr/min et la sortie équipée d’une grille de 6 mm. La fraction lourde est ensuite broyée à l’aide d’un broyeur à rouleaux (MLU 202, Bühler®). On obtient finalement une farine dont la taille de particules est inférieure à 300 pm. Le procédé est schématisé à la figure 2.
[0072] On pratique une séparation manuelle des fibres externes (ou « hulls ») résiduelles dans la fraction lourde obtenue selon les deux procédés de l’art antérieur et selon l’invention décrits précédemment. Celle-ci consiste à prendre un échantillon de 200g de la fraction, puis de séparer manuellement les fibres externes encore présentes. Celle-ci sont ensuite pesées (Poids = m). Le pourcentage de fibres externes résiduelles est donné par le calcul suivant : ( m / 200 ) * 100
Pour le procédé selon l’art antérieur, le pourcentage est de 1 ,7%. Pour le procédé selon l’invention, ce pourcentage est réduit à 0,9%.
[0073] Exemple 2 : Production d’une composition protéique selon l’invention
[0074] On prépare 75kg de farine de féverole avec le procédé amélioré selon l’invention décrit au paragraphe [0063] ci-dessus. Cette farine est mise en suspension à 10% en poids de matière sèche dans de l’eau potable à 20°C. Le pH est ajusté à 7 par ajout de potasse . On pratique une homogénéisation pendant 15 minutes toujours à 20°C. La solution est ensuite envoyée sur un décanteur Sedicanter de la société Flottweg (Vitesse du bol : 60% soit 4657 tr/min (environ 3500g), Vitesse de la vis à 60% pour une Vr =18.8, Pipette pour le surnageant (overflow) à 140 mm, Alimentation à 1 m3/h) et on récupère le surnageant liquide contenant les protéines.
[0075] Ce surnageant est acidifié à pH 4.5 par ajout d’acide chlorhydrique à 7% massique environ. On chauffe à 60°C par injection de vapeur dans une double enveloppe de la cuve, où l’on pratique une homogénéisation pendant 15 minutes. On utilise une seconde fois le Sedicanter de Flottweg (Vitesse du bol à 60%, soit 4657 tr/min (environ 3500g) Vitesse de la vis à 10% pour une Vr =3.5 jusqu’à 40% (Vr = 12.6) Pipette pour l’overflow à 140 mm au départ jusqu’à 137 Alimentation à 700 l/h) mais cette fois ci pour récupérer le sédiment où se trouvent les protéines coagulées.
[0076] Le sédiment est dilué à environ 15-20% en poids de matière sèche et neutralisé à pH 6,5 par ajout de potasse à 20%. On pratique un traitement thermique à 135°C à l’aide d’une tuyère et on réalise un refroidissement par effet flash sous-vide à 65°C. Le produit est enfin atomisé (température d’entrée de 200°C et température des buées à 85-90°C)
[0077] Le rendement d’extraction de protéines à partir de la farine est de 72,5%. La protéine obtenue est appelée « Composition protéique selon l’invention »
[0078] Exemple 3 : Production d’une composition protéique selon l’art antérieur
[0079] On utilise pour cet exemple l’enseignement de « Textural properties of legume protein isolate and polysaccharide gels.” (Makri & al., Journal of the Science of Food and Agriculture, 86, 1855-1862.) cité dans la these “THE EFFECT OF GENOTYPE AND THE ENVIRONMENT ON THE PHYSICOCHEMICAL AND FUNCTIONAL ATTRIBUTES OF FABA BEAN PROTEIN ISOLATES” (Shingha, 2015). En bref, 350-400 g de farine sont dispersés dans de l’eau distillée (1 :10, poids/volume) et ajustée à pH 9.5 avec NaOH 1 M, puis mis sous agitation (500 rpm) à 21 -23°C pendant 40 min, puis centrifugés (1600 x g, 20 min, 4°C). Le surnageant est prélevé puis dilué dans de l’eau distillée (1 :5, poids/volume), agité et centrifugé (1600 x g, 20 min, 4°C). Le pH du surnageant est ajusté à 4.5 avec HCl 1 M, et centrifugé (1600 x g, 20 min, 4°C). Le surnageant est redilué dans de l’eau déminéralisée, ajusté à pH 7.0 avec NaOH 1 M, et lyophilisé.
[0080] Le rendement d’extraction de protéines à partir de la farine est de 81 ,2%. La protéine obtenue est appelée « Composition protéique selon l’art antérieur »
[0081] Exemple 4 : Comparaison des fonctionnalités et analyses [0082] On compare les différentes compositions obtenues grâce aux exemples 2 et 3 d’un point de vue analytique (matière sèche et teneur en protéines) et fonctionnelle (Solubilité selon le test A). On acquiert également une composition protéique commerciale de féverole FAVA BEAN PROTEIN ISOLATE 85% de la société YANTAI T, FULL BIOTECH CO LTD (lot DFC021606181 / C1377), représentative des isolats de féverole disponibles sur le marché. Le Tableau 1 ci- dessous résume ces analyses.
[0083] [Tableau 1 ]
Figure imgf000019_0001
[0084] Le Tableau met en évidence la solubilité exceptionnellement basse à pH supérieur à 7 de la composition protéique selon l’invention : celle-ci est bien inférieure à 25%, tandis que les compositions protéiques selon l’art antérieur dépassent les 35%.
[0085] On réalise également une quantification du pouvoir gélifiant des différents isolats à l’aide du protocole ci-dessous :
1. Préparation d’une suspension aqueuse en mélangeant eau et isolat afin d’obtenir une suspension finale titrant 15% en matière sèche et à pH 7 ;
2. Mise en œuvre de la suspension dans un rhéomètre à contrainte imposée équipé avec un cylindre concentrique modèle DHR 2 (TA, instruments);
3. Mesure des modules élastiques G’ et modules visqueux G” en appliquant un profil de température suivant :
a. Phase 1 : chauffage d’une température de 20°C à une température de 80°C en 10 minutes
b. Phase 2 : stabilisation à une température de 80°C pendant 110 minutes c. Phase 3 : refroidissement d’une température de 80°C à une température de 20°C en 30 min ;
[0086] Les résultats sont les suivants :
Figure imgf000020_0001
[0087] On voit bien que le pouvoir gélifiant est de 5 à 6 fois plus élevée que les isolats de l’art antérieur.
[0088] Exemple 5 : Saucisses végétales
[0089] On va comparer isolat de fèverole selon l’invention et isolat de pois commercial dans des recettes vegans. La recette est la suivante :
Figure imgf000021_0001
[0090] Le protocole de fabrication des saucisses est le suivant :
- Mélange de l’eau et de la glace pilée
- Dispersion de la méthylcellulose dans 60% du mélange eau/glace à l’aide d’un Kenwood Electronic KM231 (Britain). 5 min à vitesse maximale.
- Ajout de la protéine à tester et mélange à l’aide d’un Kenwood Electronic KM231 (Britain). 10 min à vitesse maximale.
- En laissant l’agitation maximale, ajouter l’huile et laisser homogénéiser encore 10 minutes.
- Ajout du reste des ingrédients poudres et des 40% restants du mélange eau/glace. Agitation finale à vitesse maximum pendant 5 min.
- Remplissage de 2 mètres de boyaux cellulosiques pelables artificiels Viscofan (société DATSchaub, Thiais, Frange). - Cuisson dans un four industriel (Four Bourgeois S20N1 - Serial number S2476057) 1 heure à 100°C, avec une humidité contrôlée niveau 4.
- Les saucisses sont sorties du four et laissées à stabilisation à température ambiante
- Les boyaux cellulosiques pelables artificiels sont enlevés à la main
- Avant analyse, les saucisses sont cuites 5 main dans de l’eau potable bouillante sans sel puis laissées à température ambiante 30 min.
[0091] On va comparer les saucisses obtenues à l’aide d’un rhéomètre TAXT2i (Stable Micro Systems, Texture Analyzer Model XT2i, Grande-Bretagne) et son logiciel version 2.64.
[0092] On réalise un test dit de de “tranchement” ou de “coupage” pour caractériser les saucisses, consistant à réaliser une action de séparation en deux parties de la saucisse à l’aide du texturomètre en mesurant la force nécessaire.. Ce test a été réalisé à l’aide d’un Warner-Bratzler Shear avec une pénétration complète de 25 mm de la saucisse et une détection minimale limite de 0.06 N. La force maximale au point de rupture est utilisée pour caractériser.
[0093] Les valeurs obtenues sont les suivantes :
Figure imgf000022_0001
[0094] On voit bien que la force nécessaire pour trancher la saucisse 3 est bien supérieure à celle nécessaire pour trancher les saucisses obtenues avec isolats de pois commerciaux. Ce résultat permet de conclure que les saucisses obtenues avec l’isolat de fèverole selon l’invention sont plus fermes.
[0095] Exemple 6 : Mayonnaises classiques et allégées
[0096] On va démontrer ci-dessous les excellents résultats de notre isolat selon l’invention dans la réalisation de mayonnaise classique (dites « full-fat ») et allégée (dites « low-fat »). [0097] Les ingrédients nécessaires pour réaliser les recettes de mayonnaise sont les suivants :
Figure imgf000023_0001
[0098] Les isolats à tester seront le Nutralys® F85F de la société ROQUETTE, l’isolat de féverole selon l’invention et de l’aquafaba (« Aquafaba Powder » obtenue auprès de la société Vôr).
[0099] Le protocole de fabrication est le suivant :
- Mélanger les ingrédients pour 1 ère phase pendant 1 min à vitesse 3 dans un HOTMIX Pro Gastro (Fabricant : MATFER - FLO, Modèle : 212502). - Ajouter les ingrédients pour 2eme et 3eme phase pendant 1 min30 à vitesse comprise entre 4 et 7 pour les Low Fat ou ajouter les ingrédients pour 2eme phase pendant 2min à vitesse 3 pour les Full Fat.
- Ajouter les ingrédients pour 3eme phase pendant 1 min à vitesse 3 pour les Full Fat.
- Ajouter les ingrédients pour 4eme phase pendant 1 min à vitesse 3 pour les
Full Fat.
- Finir l’émulsion à vitesse 8 pour les Low Fat et 3 pour les Full Fat pendant 1 min. [0100] On va comparer les différentes mayonnaises obtenues à l’aide d’un texturomètre TA.HDplus (présenté en annexe 1 ), nous permettant de mesurer les paramètres de fermeté, de consistance et de cohésion. La fermeté (g) correspond à la force à appliquer nécessaire pour que la géométrie (cf kit « extrusion ring backward » décrit ci-dessous) pénètre dans le produit, la consistance (g. sec) est une donnée calculée en fonction de l’aire sous la courbe de la fermeté et la cohésion (g) correspond à la force à appliquer pour que la géométrie se retire de la mayonnaise.
[0101] Le texturomètre est équipé avec le kit « extrusion rig backward » qui se compose d’un disque vissé sur l’appareil et de 3 récipients en plexiglas que l’on remplit avec la mayonnaise. L’acquisition se fait grâce au logiciel Exponent avec le programme conçu pour l’analyse des mayonnaises. La descente de la géométrie s’effectue à 3mm/s jusqu’à ce qu’elle atteigne le fond du récipient et la remontée s’effectue à 5mm/s. Le logiciel trace automatiquement une courbe en fonction du temps permettant d’en déduire les paramètres.
[0102] Toute la mise en œuvre est clairement explicitée dans le manuel d’emploi.
[0103] Les résultats des mayonnaises « low-fat » sont les suivantes :
Figure imgf000024_0001
[0104] Les résultats des mayonnaises‘full-fat » sont les suivantes :
Figure imgf000024_0002
[0105] Les résultats obtenus montrent que les mayonnaises obtenues avec l’isolat de feverole selon l’invention sont caractérisées par des valeurs de texture excellentes pour les mayonnaises « low-fat », au-dessus de celles de l’isolat de pois ou de l’aquafaba. [0106] Exemple 7 : Lait végétal ou « Milk alternative »
[0107] On réalise un lait végétal pour évaluer la performance de notre isolat selon l’invention dans cette application.
[0108] La recette est la suivante :
Figure imgf000025_0001
[0109] Le protocole de préparation est le suivant :
- Chauffer l’eau à 70°C et hydrater l’isolat de protéine pendant 15 min à l’aide d’un Sylverson à 2000 tr/min
- Ajouter les autres ingrédients sauf l’huile et mélanger 10 min
- Chauffer l’huile à 65°C et ajouter sous agitation à 6000 tr/min
- Stérilisation UHT 142°c 5sec
- Homogénisation à 75°c 2 étages (270 bars et 30 bars)
- Refroidissement 4)°c
[0110] On réalise une analyse de la répartition granulométrique des globules d’huiles émulsifiées à l’aide d’un granulomètre Mastersizer. Les paramétres granulométriques sont les suivants : D10 = 0,21 microns, D50 = 0,45 microns et D90 = 1 ,42 microns.
[0111] Ces résultats sont excellents et démontrent bien une excellente émulsification des globules lipidiques, tout comme le lait.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Composition protéique de féverole dont la couleur est caractérisée par une composante L supérieure à 70, préférablement supérieure à 75, encore plus préférentiellement supérieure à 80 selon la mesure L*a*b et la solubilité selon le test A aux pH supérieurs ou égaux à 7 est inférieure à 25% sur poids total.
[Revendication 2] Composition protéique selon la Revendication 1 caractérisée en ce que sa solubilité selon le test A aux pH supérieurs ou égaux à 7 et inférieurs ou égaux à 8 est inférieure à 25% sur poids total.
[Revendication 3] Composition protéique selon l’une des revendications 1 à 2 caractérisée en ce que sa solubilité selon le test A à pH 3 est inférieure à 25% sur poids total.
[Revendication 4] Composition protéique selon l’une des Revendications 1 à 3 caractérisée en ce que sa richesse en protéine est supérieure à 70% exprimée en pourcentage en poids de protéines sur matière sèche, préférentiellement supérieure à 80% en poids, encore plus préférentiellement supérieure à 90% en poids.
[Revendication 5] Composition protéique selon l’une des Revendications 1 à 4 caractérisée en ce qu’elle possède une matière sèche supérieure à 80% en poids, préférentiellement supérieure à 85% en poids, encore plus préférentiellement supérieure à 90% en poids.
[Revendication 6] Procédé de production d’une composition protéique selon l’une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :
1 ) Mise en oeuvre de graines de féverole ;
2) Broyage des graines de féverole à l’aide d’un moulin à pierre, suivi d’une séparation du broyât obtenu en deux fractions dites légère et lourde à l’aide d’un flux d’air ascendant, puis d’un second broyage de la fraction lourde avec un moulin à couteaux ;
3) Broyage final de la fraction lourde à l’aide d’un broyeur à rouleaux pour obtenir une farine;
4) Mise en suspension de la farine dans un solvant aqueux dont le pH est compris entre 6 et 8, préférentiellement 7;
5) Elimination des fractions solides de la suspension par centrifugation et obtention d’une fraction liquide;
6) Isolement par précipitation par chauffage au pH isoélectrique des protéines de féverole contenue dans la fraction liquide ;
7) Dilution des protéines de féveroles précédemment obtenues à 15-20% en poids de matière sèche et neutralisation du pH compris entre 5,5 et 6,5 , préférentiellement 6,5, pour obtenir la composition protéique de féveroles ;
8) Séchage de la composition protéique de féveroles.
[Revendication 7] Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que la granulométrie moyenne de la farine obtenue lors de l’étape 3 est comprise entre 200 et 400 microns, préférentiellement 300 microns.
[Revendication 8] Procédé selon l’une des revendications 6 à 7 caractérisé en ce que la température du solvant aqueux de l’étape 4 est ajustée entre 2°c et 30°c, préférentiellement entre 10°C et 30°C, préférentiellement entre 15°C et 25°C, encore plus préférentiellement à 20°C.
[Revendication 9] Procédé selon l’une des revendications 6 à 8 caractérisé en ce que l’acidification de la fraction liquide lors de l’étape 6 est réalisée à un pH entre 4 et 5, préférentiellement 4,5.
[Revendication 10] Procédé selon l’une des revendications 6 à 9 caractérisé en ce que le pH de la fraction liquide lors de l’étape 6 est ajusté à l’aide d’acide ascorbique
[Revendication 11] Procédé selon l’une des revendications 6 à 10 caractérisé en ce que la température de chauffage de l’étape 6 est comprise entre 45°C et 75°C, préférentiellement entre 50°C et 70°C, encore plus préférentiellement entre 55°C et 65°C, le plus préféré étant 60°C et le temps de chauffage de l’étape 6 est compris entre 5 minutes et 25 minutes, préférentiellement entre 10 et 20 minutes, le plus préféré étant 10 minutes.
[Revendication 12] Procédé selon l’une des revendications 6 à 11 caractérisé en ce que l’étape 7 contient également un traitement thermique, préférentiellement à une température de 135°C par injection directe de vapeur par tuyère et refroidissement par effet flash sous-vide à 65°C.
[Revendication 13] Utilisation industrielle, en particulier en alimentation humaine ou animale, en cosmétique, en pharmacie, de la composition protéique de féverole selon l’une des revendications 1 à 5, ou obtenue par un procédé selon l’une des revendications 6 à 12.
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