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Nouvelles approches pour la valorisation des graines de moutarde riches en glucosinolates dans un concept de bioraffinerie

Authors
  • Hébert, Mathieu
Publication Date
Jun 23, 2020
Source
HAL-Descartes
Keywords
Language
French
License
Unknown
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Abstract

Ce travail de thèse est dédié à la mise en place d’une stratégie de valorisation optimale et raisonnée des cultures intermédiaires piège à nitrates de B. juncea (moutarde brune) dans un concept de bioraffinerie et de développement durable. Les graines de moutarde sont riches en huile (>35%) mais également en glucosinolates (≈ 120 µmol/g), facteurs antinutritionnels produisant de ce fait des tourteaux impropres à l’alimentation du bétail alors qu’ils sont riches en protéines de qualité. Ce travail de thèse a pour ambition de lever ce verrou en extrayant ces facteurs antinutritionnels de la graine pour exploiter leur activité biologique comme agent de contrôle des ennemis de cultures. Le schéma de bioraffinage proposé intègre les acteurs en amont et en aval de la chaîne de transformation. La première partie de travail a porté sur l’inactivation de la myrosinase, enzyme endogène responsable de l’hydrolyse des glucosinolates (sinigrine and gluconapine). Trois procédés d’inactivation ont été testés : (1) le chauffage conventionnel (2) le chauffage micro-ondes (MO) et (3) l’inactivation par CO2 supercritique (SC-CO2). Les trois procédés se sont montrés efficaces. Un chauffage à 80°C pendant 70 min a été retenu pour inactiver l’enzyme (98%) sans dégrader les composés d’intérêt (glucosinolates, protéines) tout en améliorant l’extractibilité de l’huile. Les graines ont ensuite subi un double pressage à 80 bars pendant 60 min à l’aide d’une presse hydraulique du laboratoire pour en extraire 84% d’huile et obtenir un tourteau enrichi en protéines (35.8-40.8%) et en glucosinolates intacts (144-158 µmol/g). La récupération des GSL a été entreprise en couplant une extraction hydro-alcoolique avec différents prétraitements (broyage, décharges électriques de haute tension, ultrasons) pour intensifier l’extraction des GSL tout en limitant la co-extraction des protéines. Une optimisation préliminaire d’extraction chimique a montré que 90% des GSL pouvaient être récupérés via une solution hydro-alcoolique d’éthanol (40% v:v) à 40°C sans altérer la qualité protéique du tourteau résiduel (36-40% protéines). Ces conditions viennent ainsi contrebalancer le procédé classique d’extraction/élimination des GSL par méthanol à haute température (75°C), contestable sur le plan environnemental, énergétique et sanitaire. L’extraction assistée par DEHT (U = 40 kV, tDEHT = 3.5 ms) a permis d’extraire dans des conditions douces (T = 30°C, eau et à faible coût énergétique (233 kJ/kg)) la quasi-totalité des GSL (98 %) dans leur état intact tout en minimisant la co-extraction des protéines qui sont préservées dans le résidu solide. Enfin, la purification du jus riche en GSL a été étudiée selon deux voies : chromatographie d’échange d’ions (IEC) et ultrafiltration (UF). La récupération des glucosinolates par IEC a été optimisée en batch via l’utilisation d’une résine fortement basique (PA312LOH) qui a permis de séparer les GSL des protéines. 72.9% de la sinigrine a été récupérée après élution avec une solution de NaCl (1.0 M, 30°C, 300 rpm, 40 mL/g résine) avec une pureté 79.6%. Les expériences réalisées en dynamique (purification sur colonne) ont permis la récupération de 28% de la gluconapine (2.6 BV/h, pH 4.0). Le procédé membranaire (UF) a présenté de meilleures performances avec 98% et 60% de sinigrine et gluconapine récupérés respectivement dans un perméat à 90% de pureté (membrane PES 10 kDa, 5 bars, 500 rpm). L’extrait purifié obtenu par UF (90 %) riche en sinigrine (3.36 mg/ml) et en gluconapine (0.16 mg/ml) sera utilisée pour développer une formule phytobiotique qui sera utilisée en biofumigation. Le résidu solide détoxifié (<20 µmol GSL/g MS) et riche en protéines (~40%) pourra être valorisé en alimentation animale.

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