Titre original :

Production éco-circulaire de peptides antibactériens, antifongiques et antioxydants déminéralisés à partir d'hémoglobine bovine par électrodialyse avec membranes bipolaires : étude de faisabilité, mécanisme enzymatique, optimisation des paramètres, comparaison avec l'hydrolyse conventionnelle et prévention du colmatage

Titre traduit :

Eco-circular production of demineralized antibacterial, antifungal and antioxidant peptides from bovine hemoglobin using electrodialysis with bipolar membrane : study on feasibility, enzymatic mechanism, parameter optimization, comparison with conventional hydrolysis and fouling prevention

Mots-clés en français :
  • Peptides bioactifs
  • Hémoglobine bovine
  • Membranes bipolaires
  • Déminéralisation

  • Hydrolysats de protéines
  • Antibiotiques peptidiques
  • Électrodialyse
  • Membranes échangeuses d'ions
  • Encrassement
Mots-clés en anglais :
  • Hydrolysis
  • Bovin hemoglobin
  • Electrodialysis with bipolar membranes
  • Bioactive peptides
  • Membrane fouling

  • Langue : Français, Anglais
  • Discipline : Biotechnologies agroalimentaires, sciences de l'aliment, physiologie
  • Identifiant : 2021LILUR031
  • Type de thèse : Doctorat
  • Date de soutenance : 29-10-2021

Résumé en langue originale

Le cruor bovin, déchet des abattoirs est produit en très grande quantité dans le monde. Ce coproduit est composé principalement d'hémoglobine, une protéine riche en peptides bioactifs après son hydrolyse enzymatique. Cependant, lors de l'hydrolyse conventionnelle par la pepsine, des agents chimiques sont nécessaires pour ajuster et réguler le pH de la solution et, les hydrolysats finaux produits contiennent des niveaux élevés en sels minéraux. Pour pallier ces inconvénients, il a été proposé d'appliquer dans cette étude, pour la première fois, une technologie verte, appelée électrodialyse avec membrane bipolaire (EDMB), comme méthode alternative à l'hydrolyse enzymatique conventionnelle de l'hémoglobine afin d’obtenir des peptides bioactifs purifiés. Les objectifs de cette thèse étaient de tester la faisabilité de ce nouveau procédé pour la production de peptides bioactifs à partir d'hémoglobine bovine, d'établir les conditions optimales, d'éviter le colmatage membranaire et d'appliquer un nouveau procédé original d’EDMB à « multiple-étapes » permettant la production de peptides bioactifs déminéralisés sans ajout de produits chimiques. Des configurations bipolaires/monopolaires (anioniques ou cationiques) utilisant les ions H+ et OH- générés par les membranes bipolaires pour réguler le pH ont été étudiées et comparées à un procédé conventionnel utilisant des acides et des bases chimiques. La configuration d’EDMB formée avec les membranes cationiques a permis la production d'hydrolysats contenant une faible concentration en sels minéraux mais avec la présence d’un colmatage sur la membrane cationique, alors que la configuration d’EDMB utilisant des membranes anioniques a permis la production d'hydrolysats sans colmatage mais avec une concentration en sel similaire à celle de l’hydrolyse conventionnelle (contrôle). En se basant sur ces résultats, une nouvelle configuration d’EDMB à 3 compartiments a été mise en place et étudiée pour dénaturer l'hémoglobine, inactiver la réaction enzymatique et déminéraliser à 85% l'hydrolysat peptidique en simultané. Cependant, un colmatage a encore été observé sur la membrane anionique en raison de la précipitation de l'hème. Pour cette raison, une étape supplémentaire de décoloration a été réalisée avant la déminéralisation pour éviter le colmatage en utilisant l'acide électro-généré. Les peptides décolorés et déminéralisés récupérés ont montré une activité antioxydante, une activité antibactérienne contre plusieurs souches bactériennes (Gram + et Gram -) et pour la première fois une activité antifongique contre de nombreuses souches de moisissures et de levures. Dans un contexte d’économie circulaire, cette technologie durable s'avèrerait efficace pour effectuer plusieurs opérations simultanément et présente un potentiel important au niveau industriel pour l'hydrolyse du sang, puisqu'elle produit des bio-peptides purifiés ayant une faible teneur en sels minéraux et pouvant être utilisés comme conservateurs naturels sur la viande.

Résumé traduit

Bovine cruor, a slaughterhouse waste, is produced in large quantities all around the world. This co-product was mainly composed of hemoglobin, a protein rich in bioactive peptides after its enzymatic hydrolysis. However, during conventional hydrolysis, chemical agents are necessary to adjust/regulate the pH of the solution and the final hydrolysates produced contain high levels of mineral salts. Therefore, in this study, it is proposed to apply, for the first time, a green technology, named electrodialysis with bipolar membrane (EDBM), as an alternative method to the conventional enzymatic hydrolysis of hemoglobin to obtain purified bioactive peptides. The main objectives of the present thesis were to test the feasibility of this new process to produce bioactive peptides from bovine hemoglobin, to establish the optimal conditions, to avoid membrane fouling and to apply a new original « multiple-step » EDMB process allowing the production of demineralized bioactive peptides without the addition of chemical salts. Bipolar/monopolar (anionic or cationic) configurations using the H+ and OH- generated by the bipolar membranes to regulate the pH were investigated and compared to a conventional process using chemical acid and base. The EDBM configuration formed with cationic membranes allowed the production of hydrolysates containing a low concentration of mineral salts but with fouling formation on the cationic membrane, while EDBM configuration formed with anionic membranes allowed the production of hydrolysates without fouling but with a similar salt concentration than the control. Based on these results, a new 3 compartments EDBM configuration was carried-out for denaturing the hemoglobin, inactivating the enzymatic reaction and demineralizing up to 85% the hemoglobin hydrolysate simultaneously. However, a fouling was still observed on the anionic membrane due to hem precipitation. For this reason, an additional step of discoloration was tested before the demineralization to avoid fouling using the electrogenerated acid. The discolored and demineralized peptides recovered showed antioxidant activity, antibacterial activity against many bacterial strains (Gram + and Gram -) and for the first time antifungal activity against many molds and yeasts strains. Moving towards a circular economy, this sustainable technology has found to be effective in performing multiple operations simultaneously and has a great potential for industrial hydrolysis of blood, since it produces purified biopeptides with a low mineral content and can be used as natural preservatives on meat.

  • Directeur(s) de thèse : Nedjar, Naïma - Bazinet, Laurent - Dhulster, Pascal - Fliss, Ismail
  • Président de jury : Degraeve, Pascal
  • Membre(s) de jury : Filteau, Marie
  • Rapporteur(s) : Kapel, Romain - Karboune, Salwa
  • Laboratoire : Institut régional de recherche Charles Viollette - Institut Charles Viollette (ICV) - ULR 7394 / ICV - Laboratoire de transformation alimentaire et procédés électromembranaires (LTAPEM)
  • École doctorale : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)

AUTEUR

  • Abou-Diab, Mira
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