• Langue : Français, Anglais
• Discipline : Biotechnologies agroalimentaires, sciences de l'aliment, physiologie
• Identifiant : 2025ULILR007
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 07/04/2025

Résumé en langue originale

La valorisation des ressources agroalimentaires constitue un enjeu majeur dans un contexte de transition vers des systèmes de production plus durables et efficients. Les protéines agroalimentaires, en raison de leur abondance, se positionnent comme des substrats de choix pour le développement de produits à haute valeur ajoutée. L'hydrolyse enzymatique constitue une voie prometteuse pour la valorisation des protéines en peptides bioactifs. Toutefois, son efficacité demeure limitée par la structure native des protéines et le coût élevé des biocatalyseurs. Dans ce contexte, cette étude explore l'effet des Champs Électriques Pulsés (CEP) comme prétraitement pour améliorer l'hydrolyse enzymatique de l'?-lactalbumine bovine (?-LA) et des Protéines de Pois (PP), en comparaison avec un prétraitement thermique (75°C). Une approche par étape a été adoptée : l'?-LA, protéine modèle bien caractérisée, a servi de preuve de concept avant d'étendre l'étude aux PP, un mélange protéique plus complexe et particulièrement pertinent pour les applications industrielles. L'hydrolyse a été réalisée avec l'?-chymotrypsine (?-CT), sous forme libre et immobilisée sur un support d'alumine fonctionnalisé à l'aide de dopamine. Cette approche a permis d'analyser l'impact combiné des CEP et de l'?-CT immobilisée sur l'efficacité du processus d'hydrolyse. L'identification et la caractérisation des hydrolysats peptidiques ont été effectuées par chromatographie liquide ultra-performante couplée à la spectrométrie de masse en tandem afin d'évaluer les modifications du schéma d'hydrolyse induites par ces traitements.Les résultats montrent que l'efficacité des CEP varie selon la nature de la protéine et les paramètres appliqués. Pour l'?-LA, une force de champs de 15 kV/cm avec 75 impulsions a induit une dénaturation contrôlée, augmentant la surface hydrophobe et l'exposition des groupements -SH, ce qui a doublé le degré d'hydrolyse (DH) et augmenté de 200 % l'abondance relative des peptides produits. Le prétraitement thermique à 75 ? a conduit à une dénaturation plus marquée, multipliant par 4 le DH, mais avec une augmentation moindre de l'abondance relative des peptides (+128 %), soulignant que le DH seul n'est pas un indicateur suffisant de l'efficacité du processus. À l'inverse, pour les PP, des conditions plus modérées (10 kV/cm, 19 impulsions) ont favorisé une dénaturation bénéfique, augmentant le DH d'un facteur 1,6 et l'abondance relative des peptides de 140 %. Une force de champs trop élevée a cependant mené à une agrégation excessive, réduisant l'accessibilité enzymatique, un phénomène comparable au traitement thermique.L'étude a également examiné l'impact de l'immobilisation enzymatique de l'?-CT (alumine@CTMS@APTES@DOP-CT) dans le cadre de l'hydrolyse des protéines. Concernant l'?-LA, l'immobilisation a permis une extension de la couverture de séquence de 26 %, favorisant la production de peptides plus longs et enrichis en régions proches des ponts disulfures. Pour les PP, cette approche a induit une diversification substantielle du spectre peptidique, avec la génération de 511 nouveaux peptides, représentant 28 % du total, contre seulement 8 % en présence de l'?-CT sous forme libre. Parmi ces peptides, de nombreuses séquences présentent un potentiel antihypertensif et antidiabétique inédit. Ces résultats révèlent une redistribution des sites de clivage enzymatique dont l'intensité et la nature varient selon la complexité du substrat protéique.Finalement, les CEP et l'immobilisation enzymatique apparaissent comme des stratégies complémentaires s'imposant comme une alternative innovante aux traitements thermiques conventionnels, d'autant plus que l'analyse de l'éco-efficience a démontré les bénéfices des CEP sous conditions ajustées. Cette stratégie intégrée a donc un potentiel pour une valorisation durable et performante des ressources protéiques agroalimentaires à l'échelle industrielle.

Résumé traduit

The valorization of agro-food resources is a major challenge in the transition towards more sustainable and efficient production systems. Agri-food proteins, due to their abundance, represent ideal substrates for the development of high value-added products. Enzymatic hydrolysis is a promising approach for converting proteins into bioactive peptides. However, its efficiency remains limited by the native structure of proteins and the high cost of biocatalysts. In this context, this study explores the effect of Pulsed Electric Fields (PEF) as a pretreatment to enhance the enzymatic hydrolysis of bovine ?-lactalbumin (?-LA) and Pea Proteins (PP), in comparison with thermal pretreatment (75°C). A stepwise approach was adopted: ?-LA, a well-characterized model protein, served as a proof of concept before extending the study to PP, a more complex protein mixture particularly relevant for industrial applications. Hydrolysis was carried out using ?-chymotrypsin (?-CT), in both free and immobilized forms, on an alumina support functionalized with dopamine. This approach allowed the assessment of the combined impact of PEF and immobilized ?-CT on hydrolysis efficiency. The identification and characterization of peptide hydrolysates were performed using ultra-performance liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry to evaluate the modifications in the hydrolysis pattern induced by these treatments.The results show that the effectiveness of PEF varies depending on the protein type and the applied parameters. For ?-LA, an electric field strength of 15 kV/cm with 75 pulses induced controlled denaturation, increasing hydrophobic surface exposure and -SH group accessibility, which doubled the degree of hydrolysis (DH) and increased the relative abundance of peptides by 200%. Thermal pretreatment at 75°C led to more pronounced denaturation, quadrupling the DH, but with a smaller increase in peptide abundance (+128%), highlighting that DH alone is not a sufficient indicator of process efficiency. Conversely, for PP, milder conditions (10 kV/cm, 19 pulses) promoted beneficial denaturation, increasing the DH by a factor of 1.6 and the relative abundance of peptides by 140%. However, excessive field strength led to excessive aggregation, reducing enzymatic accessibility, a phenomenon similar to thermal treatment.The study also examined the impact of ?-CT enzyme immobilization (alumina@CTMS@APTES@DOP-CT) in the context of protein hydrolysis. For ?-LA, immobilization extended sequence coverage by 26%, favoring the production of longer peptides enriched in regions near disulfide bonds. For PP, this approach induced a substantial diversification of the peptide spectrum, generating 511 new peptides, representing 28% of the total, compared to only 8% in the presence of free ?-CT. Among these peptides, many sequences exhibit novel antihypertensive and antidiabetic potential. These results reveal a redistribution of enzymatic cleavage sites, with intensity and nature varying according to the complexity of the protein substrate.Ultimately, PEF and enzyme immobilization emerge as complementary strategies, presenting an innovative alternative to conventional thermal treatments, especially since eco-efficiency analysis demonstrated the benefits of PEF under optimized conditions. This integrated strategy holds significant potential for the sustainable and efficient valorization of agri-food protein resources on an industrial scale.