Exploration du potentiel des technologies émergentes dans la chaine de transformation des insectes : cas des larves de Tenebrio molitor

Exploring the potential of emerging technologies in the transformation chain of insects : case of Tenebrio molitor larvae

• Auteur / Autrice : Rachelle El Hajj
• Direction : Houcine Mhemdi, Karim Allaf
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés Industriels : Transformations intégrées de la matière renouvelable (EA-4297)
• Date : Soutenance le 11/05/2023
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Transformation Intégrée de la Matière Renouvelable / TIMR

Mots clés

Mots clés contrôlés

Décontamination

Déshydratation

Séchage

Détente instantanée contrôlée

Champs électriques pulsés

Ténébrionidés

Larves

Insectes

Mots clés libres

Bioraffinerie

Technologies émergentes

Tenebrio molitor

Blanchiment

Pressage

Vers de farine

Décontamination microbienne

DIC

CEP

Insect larvae

Biorefinery

Emerging technologies

Tenebrio molitor

Blanching

Pressing

Drying

Microbial decontamination

Pulsed Electric Fields (PEF)

Instant Controlled Pressure Drop (DIC)

Mealworms

Résumé

Cette thèse vise à explorer l'utilisation de deux technologies émergentes, la Détente Instantanée Contrôlée (DIC) et les Champs Électriques Pulsés (CEP), comme prétraitements pour la transformation des vers de farine dans un concept de bioraffinerie. Les impacts de ces technologies sur la décontamination microbienne des larves, la mortalité (mise à mort), le brunissement enzymatique, le pressage mécanique pour la délipidation et la déshydratation, et le séchage des larves ont été étudiés. Le procédé conventionnel de blanchiment à l'eau chaude a été utilisé comme référence pour la comparaison. Les résultats ont montré que la DIC et les CEP sont deux techniques efficaces pour la mise à mort des larves. L’application de la DIC à 0,3 MPa a entraîné une réduction de la flore aérobie totale et du nombre des levures et moisissures en dessous des seuils fixés par les directives Européennes avec des temps de réduction décimale de 3,8 s et 3 s, respectivement. Le blanchiment conventionnel à 90°C pendant 360 s a également réduit efficacement le nombre de contaminants, mais avec des temps de réduction décimale plus lents de 67,8 s et 57 s, respectivement. En revanche, CEP n'a pas permis de réduire la charge microbienne initiale des larves. Par ailleurs, la DIC a entraîné une amélioration de la clarté du jus de larves, tandis que la couleur du jus des larves blanchies, traitées par CEP et non traitées était beaucoup plus foncée. Ce résultat pourrait être attribué à l'inactivation des enzymes oxydatives par DIC. Le blanchiment suivi d'un pressage a permis d'obtenir un rendement en jus de 68%, une récupération de 48% des protéines et un tourteau contenant 14,7% de lipides/MS et 45% de matière sèche. La DIC et les CEP semblent toutes les deux améliorer ce résultat, mais d’une manière différente. Pour la DIC, l'augmentation de la pression appliquée de 0,15 à 0,45 MPa a réduit le rendement de pressage de 68 à 55 %. Cette baisse de rendement pourrait être attribuée à l'agrégation et la dénaturation des protéines comme il a été montré par spectroscopie de fluorescence. En conséquence, il en résulte une meilleure rétention des protéines dans le gâteau (78% des protéines) et l’obtention d’un gâteau avec 55% de MS dont 12% de lipides/MS. En revanche, le traitement par les CEP a augmenté le rendement de pressage des larves jusqu'à 78 %, entraînant une perte de protéines plus élevée dans le jus (une récupération de 43 % des protéines), et génère un gâteau avec 54% de MS dont 14% de lipides/MS. Les analyses ont montré que le CEP est le traitement qui préserve le mieux la qualité des protéines, suivi du blanchiment puis de la DIC. En outre, la DIC a amélioré la diffusivité de l'eau et a limité le rétrécissement de la taille des larves durant le séchage. De plus, elle a entraîné une augmentation de 125% de la surface spécifique de la farine d’insectes obtenue avec une distribution de taille de particules plus uniforme, ce qui améliore la qualité du produit final. Le traitement par CEP a aussi amélioré le séchage par rapport au blanchiment, mais reste moins efficace que la DIC. Enfin, le traitement par CEP est le moins énergivore (21.7 kWh/t), suivi par le blanchiment (61.7 kWh/t) et la DIC (111 kWh/t).

This thesis aims to explore the use of two emerging technologies, the Instant Controlled Pressure Drop (DIC) and the Pulsed Electric Fields (PEF), as pretreatments for yellow mealworms transformation in a biorefinery concept. The impacts of these technologies on larval microbial decontamination, mortality (killing), enzymatic browning, mechanical pressing for defatting and dewatering, and drying processes were investigated. Conventional blanching in hot water was used as a control for comparison. Results showed that DIC and PEF were both efficient killing methods. The application of DIC treatment at 0.3 MPa resulted in the reduction of the total viable count (TVC) and yeasts and molds counts (YMC) to levels below the established European standards with decimal reduction times of 3.8 s and 3 s for TVC and YMC, respectively. Conventional blanching at 90°C for 360 s also reduced the counts, but with slower decimal reduction times of 67.8 s and 57 s, respectively. However, PEF treatment was not successful in reducing the initial microbial load of the larvae. Moreover, the DIC treatment resulted in a marked improvement in the brightness of the larval juice color which may be attributed to the inactivation of oxidative enzymes, whereas the juice color of blanched, PEF-treated, and untreated larvae was much darker. Blanching followed by hydraulic pressing resulted in a 68% pressing yield, a 48% recovery of the initial protein content, and a press cake with 14.7% lipids/db and 45% dry matter. DIC and PEF both seem to improve this outcome, but each in a different way. Increasing DIC treatment pressure from 0.15 to 0.45 MPa reduced the pressing yield from 68 to 55%, which is believed to be caused by protein aggregation and denaturation, confirmed by fluorescence spectroscopy analysis. As a result of the reduced pressing yield, more proteins were retained in the press cake, resulting in a high protein recovery of 78% and a press cake with 55% dry matter and 12% lipids/db. On the other hand, PEF treatment increased the pressing yield of larvae up to 78% resulting in a higher protein loss in the pressing juice, with a protein recovery of 43%. The press cake generated had 54% dry matter and with 14% lipids/db. PEF was found to be the best method that preserves protein quality, followed by blanching then DIC. Moreover, compared to blanched larvae, DIC treatment reduced drying shrinkage and improved water diffusivity. Additionally, the treatment increased the specific surface area of the dried meal by up to 125% and resulted in a more uniform particle size distribution, both of which improve the end product's quality. PEF treatment also accelerated drying compared to blanching but still lags behind DIC in terms of drying kinetics and water diffusivity. PEF was found to be the most energy-efficient treatment (21.7 kWh/t), followed by blanching (61.7 kWh/t) and DIC (111 kWh/t).