Structuration et fonctionnalisation de protéines de pomme de terre sous haute pression dans le cadre du développement d’aliments fonctionnels.

Structuration and functionalization of potato proteins under high pressure to develop functional foods

• Auteur / Autrice : Paula Khati
• Direction : Laetitia Palmade, Dominique Chevalier-lucia
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : APAB-Biochimie et Physico-chimie des Bioproduits et Aliments, Nutrition
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 30/09/2024
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IATE - Ingénierie des Agropolymères et Technologies Emergentes
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Dynamique de Structuration sous Contrainte - DySCo
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Peyron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laetitia Picart-palmade, Rémi Saurel, Marie De lamballerie, Dominique Chevalier-lucia, Delphine Huc-mathis
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Rémi Saurel, Marie De lamballerie

Mots clés

Mots clés libres

Protéines de pomme de terre

Haute pression

Agrégation

Complexation

Curcumine

Traitement thermique

Potato proteins

High pressure

Aggregation

Complexation

Curcumin

Thermal treatment

Résumé

Les protéines de pomme de terre sont des protéines de haute qualité nutritionnelle, non allergéniques et solubles, offrant un profil complet en acides aminés et possédant des propriétés techno-fonctionnelles recherchées (moussante, gélifiante, émulsifiante). Elles se trouvent en grande quantité dans un co-produit de l'industrie de l'amidon de pomme de terre, connu sous le nom de jus de pomme de terre (PFJ). Des avancées récentes ont permis l'extraction de ces protéines à partir du PFJ sans dénaturation, préservant ainsi leurs propriétés. Ces protéines représentent une source alternative de protéines significative, mais encore sous-utilisée, qui pourrait aider à répondre à la demande mondiale croissante en protéines pour l’alimentation humaine. Les études sur l'influence des traitements haute pression sur ces protéines restent rares. Cette étude a été réalisée en utilisant une approche multi-échelle et multidisciplinaire, dans le but de fournir de nouvelles connaissances sur les propriétés physico-chimiques des protéines de pomme de terre et de la patatine en particulier et d’ouvrir de nouvelles perspectives de valorisation. L'objectif de ce travail était d’une part d’étudier l’agrégation des protéines de pomme de terre par traitement haute pression hydrostatique ou par traitement thermique modéré en lien avec les modifications structurelles induites par ces procédés et, d’autre part, de fonctionnaliser les agrégats formés comme transporteurs de curcumine, molécule bioactive hydrophobe. Tout d'abord, diverses conditions physico-chimiques (pH, concentration, pression, température) ont été appliquées afin de mieux comprendre la relation entre le degré de dénaturation et la cinétique d'agrégation des dispersions de protéines de pomme de terre en utilisant un isolat protéique commercial riche en patatine. Ce screening a permis de générer des assemblages de tailles micrométriques, submicroniques et nanométriques selon les conditions expérimentales appliquées. Les nano-agrégats protéiques ayant les propriétés les plus pertinentes en termes de taille et d'hydrophobicité de surface ont été sélectionnés pour étudier leur complexation spontanée avec la curcumine. La curcumine a été introduite dans les dispersions protéiques selon deux voies : avant ou après traitement à haute pression ou traitement thermique pour optimiser la complexation curcumine-protéine. Les complexes ont été évalués en fonction de leur taille, de l'efficacité de complexation, et de la préservation de leur activité antioxydante. La complexation la plus efficace a été obtenue avec les nano-agrégats induits par haute pression par rapport à ceux traités thermiquement. De plus, les résultats préliminaires de la digestion gastrique in vitro ont montré des cinétiques de protéolyse différentes pour les nano-agrégats sélectionnés. L’ensemble des résultats de ce travail démontre qu'en ajustant finement les propriétés physico-chimiques des protéines de pomme de terre par le biais du procédé, des nano-assemblages protéiques innovants peuvent être développés pour le transport et la protection des composés bioactifs, offrant des applications prometteuses dans l'industrie alimentaire, notamment dans le développement d'aliments/ingrédients fonctionnels.

Potato proteins are high nutritional quality, non-allergenic, soluble proteins offering a complete amino acid profile, that possess sought-after techno-functional properties (foaming, gelling, emulsifying). They can be found in large quantities in a by-product of the potato starch industry, known as potato fruit juice (PFJ). Recent advancements have enabled the extraction of these proteins from PFJ without denaturation, preserving their techno-functionality. They represent a significant, yet underutilized, protein source that could help address the increasing global protein demand for human consumption. Studies on the influence of high pressure treatment on these proteins remain scarce. This study was carried out using a multi-scale and multidisciplinary approach, with the aim of providing new insights into the physicochemical properties of potato proteins and patatin in particular. The objective of this work was to compare high hydrostatic pressure treatment to mild thermal treatment in inducing structural modifications in patatin, enabling these protein structures to function as carriers for curcumin, a hydrophobic bioactive molecule with numerous health benefits. First, various physicochemical conditions (pH, concentration, pressure, temperature) were varied in order to better understand the relationship between the unfolding, extent of denaturation and aggregation kinetics of potato protein dispersions using a commercial patatin-rich potato protein isolate. This screening allowed to generate micro, submicronic and nanoaggregates depending on the experimental conditions applied. Protein nanoaggreagtes with the most relevant properties in terms of size and surface hydrophobicity were selected in order to study their spontaneous complexation with curcumin. Curcumin was introduced into patatin-rich protein dispersions according to two pathways: before or after high pressure treatment or heat treatment to optimize curcumin-protein complexation. The complexes were evaluated based on size, complexation efficiency, load capacity, and antioxidant activity. The highest complexation efficiency was obtained with the high pressure-induced nanoaggregates as compared to the heat-treated one. Furthermore, the preliminary in vitro gastric digestion results showed different proteolysis kinetics for the selected nanoaggregates. The overall findings indicate that by fine-tuning the physicochemical properties of potato proteins through processing, innovative protein nanocarriers can be developed for the transport and protection of bioactive compounds, offering promising applications in the food industry, especially in the development of functional foods/ingredients.