Étude et développement du séchage par atomisation électrostatique sur différents systèmes biologiques

Study and Development of Electrostatic spray drying on different bio-actives

• Auteur / Autrice : Preethi Jayaprakash
• Direction : Stéphane Desobry, Claire Gaiani
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie biotechnologique et alimentaire
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LIBIO - Laboratoire d'Ingénierie des Biomolécules
• Jury : Président / Présidente : Veronique Falk
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Desobry, Claire Gaiani, Eoin Murphy, Christelle Turchiuli, Ali Assifaoui
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christelle Turchiuli, Ali Assifaoui

Mots clés

Mots clés libres

Séchage par atomisation électrostatique

Morphologie des poudres

Mise à l'échelle

Systèmes biologiques

Propriétés physicochimiques

Electrostatic spray drying

Morphology of powders

Scale-up

Bio-active

Physio-chemical properties

Résumé

Les progrès des techniques de séchage existantes sont essentiels pour les adapter aux productions actuelles et moderniser les industries à grande échelle. Le séchage par atomisation (SD) a des effets néfastes sur les substances bio-actives à des températures élevées. La lyophilisation est une technique de référence capable de sécher des molécules sensibles à basse température. Dans cette thèse, le séchage électrostatique par atomisation (ESD) a été utilisé pour la première fois sur des bioactifs sensibles, tels que la β-gal (β-gal), Lacticaseibacillus rhamnosus GG, et C. vulgaris & C. pyrenoidosa, et Meyerozyma guilliermondii, en comparaison avec les techniques conventionnelles de SD et FD. Des matrices telles que la maltodextrine, le tréhalose, la gomme laque, le lait écrémé et la gomme arabique ont été utilisées pour encapsuler les bioactifs. Les propriétés physicochimiques, les morphologies et les fonctionnalités ont également été comparées. Dans toutes les études de cas, les techniques de séchage ont montré des différences significatives. En particulier, le SD ayant une température d'entrée d'air de 170 °C a dégradé les fonctionnalités enzymatiques et microbiennes, tandis que l'ESD avec la technologie électrostatique s'est avéré protéger au maximum leur état natif autant que la technique FD. En ce qui concerne la mise à l'échelle (scale-up) des technologies et l'évaluation de l'ACV, l'ESD s'est avéré être le processus le plus durable par rapport à la SD et la FD. Ainsi, l'ESD est une technique alternative prometteuse comparativement à la FD, qui est souvent considérée comme efficace, mais longue et coûteuse.

Advances in existing drying techniques are essential to adapt them to today's production and modernize large-scale industries. Spray drying (SD) has detrimental effects on bio-actives at high temperatures. Freeze-drying (FD) is a reference technique capable of drying sensible molecules at low temperature. In this thesis, electrostatic spray drying (ESD) was utilized for the first time to sensitive bio-actives, such as β-gal (β-gal), Lacticaseibacillus rhamnosus GG, and C. vulgaris & C. pyrenoidosa, and Meyerozyma guilliermondii compared with conventional SD and FD techniques. Matrices such as maltodextrin, trehalose, shellac, skim milk and arabic gum were used to encapsulate the bio-actives. Physiochemical properties, morphologies, functionality retentions were also compared. From all the case studies, drying techniques showed significant differences. Especially, SD at inlet air temperature of 170 °C, degraded enzyme and microbial functionalities, whereas ESD with electrostatic technology proved to protect maximum of their native state as FD technique. In terms of scaling up technologies and LCA assessment, ESD remarked to be the most sustainable processes compared to SD and FD. Thus, ESD is the promising alternative technique to FD, which is often considered efficient, but time consuming and expensive.