Etude de la bioraffinerie des plantes vertes : Application au fractionnement des protéines de luzerne par extrusion bi-vis et chromatographie hydrophobe

Green crop biorefinery evaluation : alfalfa protein fractionation using twin-screw extrusion and hydrophobic chromatography

• Auteur / Autrice : Dorothée Colas
• Direction : Luc Rigal, Pierre-Yves Pontalier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des agroressources
• Date : Soutenance le 29/03/2012
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie Agro-industrielle (Toulouse ; 1995-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Animaux -- Alimentation

Protéines -- Fractionnement

Agronomie

Mots clés libres

Luzerne

Protéines

Extrusion bi-vis

Alfalfa

Proteins

Twin-screw extrusion

Résumé

La luzerne est une plante fourragère, de la famille des Fabacées, largement cultivée en France du fait de sa richesse en protéines. Industriellement, cette plante est pressée, puis séchée sur tambour rotatif. L’étape de pressage conduit à l’obtention de grandes quantités de jus, lui aussi riche en protéines. L’objectif de cette thèse a été de développer un procédé de bioraffinerie de la luzerne, applicable aux autres plantes fourragères, permettant la valorisation des toutes les fractions de la plante. La première étape consiste en un fractionnement thermo-mécanique de la luzerne entière par extrusion bi-vis. Deux fractions sont obtenues : un résidu fibreux solide en partie déshydraté, pouvant être utilisé dans la filière agro-matériaux, et un filtrat vert, riche en protéines. L’extrusion bi-vis est une alternative intéressante aux procédés classiques de déshydratation, car l’étude de l’optimisation des paramètres d’extrusion a permis de montrer qu’il est possible de récupérer la grande majorité des protéines de la plante dans le filtrat. Ce filtrat subit par la suite une séparation liquide/solide par centrifugation, permettant la récupération d’un culot vert, dont on peut extraire la chlorophylle. Le jus clarifié est ultrafiltré, puis traité par chromatographie hydrophobe, avec l’huile de tournesol comme solvant extracteur, de manière à séparer différentes protéines. L’étude plus fondamentale de la fixation des protéines sur résine a permis de modéliser le fractionnement des protéines par interactions hydrophobes.

Alfalfa is a common Legume, cultivated as a forage crop, thanks to its high protein content. In the green crop industry, alfalfa is pressed and dried on a rotative cylinder. The pressing step leads to the production of large amounts of green juice, rich in proteins. The aim of this work was to develop a biorefinery process for alfalfa, which could be adapted to other green crops, allowing the valorization of each fraction. The first step is the whole plant thermo-mechanical fractionation in the twin-screw extruder. Two fractions are obtained: a solid fibrous residue, partly dehydrated which could be valorized as an agro-material, and a green filtrate, rich in proteins. Twin-screw extrusion is an interesting alternative to usual industrial dehydration processes. Indeed, the study of the extruder parameters optimization showed that most of the alfalfa proteins can be recovered in the filtrate. This green extract is then centrifuged, in order to separate the solid particles. Chlorophyll can be extracted from the centrifugation pellet. The clarified juice is treated by ultrafiltration, and lastly fractionated thanks to hydrophobic chromatography, with sunflower oil as the solvent, in order to separate the proteins. The more fundamental study of proteins fixation on resins allowed us to modelize proteins fractionation using hydrophobic interactions.