Étude du devenir des glucosinolates de Brassica lors des procédés de trituration industrielle et de lavage des matières protéiques pour la production d'ingrédients de haute qualité en alimentation animale

Study of the Brassica glucosinolates during industrial crushing and washing of protein materials for the production of high-quality feed ingredients

• Auteur / Autrice : Apolline Tollitte
• Direction : Romain Kapel, Fabrice Mutelet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie des Procédés, des Produits et des Molécules
• Date : Inscription en doctorat le 01/04/2025
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : SIMPPÉ - SCIENCES ET INGENIERIES DES MOLECULES, DES PRODUITS, DES PROCEDES ET DE L'ÉNERGIE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LRGP - Laboratoire Réactions et Génie des Procédés
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Axe 5 - GENIE DES PRODUITS

Mots clés

Mots clés libres

Glucosinolates

Colza

Carinata

Antinutritionnel

Extraction d'huile

Nutrition animale

Glucosinolates

Rapeseed

Carinata

Antinutrionnal

Oil extraction

Animal feed

Résumé

Le colza, deuxième plante oléagineuse la plus cultivée au monde, a atteint une production mondiale de plus de 70 millions de tonnes en 2022. La France est l'un des plus importants producteurs de colza à l'échelle mondiale. L'huile de colza, représentant 40 à 50% de la matière sèche des graines, est principalement destinée à la production de biocarburants (80%) et à l'industrie agroalimentaire (20%). Le tourteau de colza, résidu solide riche en protéines (30 à 40%) issu de l'extraction industrielle de l'huile, appelée « la trituration », est utilisé dans l'alimentation animale, constituant une alternative au tourteau de soja majoritairement importé à cet effet. Les graines de colza contiennent une famille de métabolites spécifiques du genre Brassica, appelés « les glucosinolates » (10−30 μmol.g-1). Ces molécules, impliquées dans la défense de la plante, se décomposent par hydrolyse ou par voie thermique en produits de dégradation soufrés. Ces produits se répartissent ensuite dans les flux sortants du procédé de la trituration industrielle et sont délétères pour leur qualité. En effet, ces composés sont amers et piquants et entrainent donc des problèmes d'appétence. D'autre part, ils sont soupçonnés être à l'origine de la présence de souffre dans les biocarburants à l'origine de problèmes moteurs. Actuellement, les conditions de la trituration industrielle sont établies pour maximiser le rendement d'extraction de l'huile, ce qui implique des traitements thermiques importants favorisant la libération de produits de dégradation des glucosinolates. En outre, ces traitements thermiques peuvent aussi dégrader des acides aminés thermolabiles tels que la lysine ainsi que la digestibilité des protéines. L'impact précis des conditions industrielles sur la dégradation des glucosinolates est peu compris, ce qui complique la maîtrise de la qualité des produits par le procédé. Pour améliorer la qualité de l'huile et du tourteau de Brassica, il est essentiel de comprendre et quantifier l'effet des conditions du procédé sur la dégradation des glucosinolates afin d'envisager une adaptation rationnelle de celui-ci. Ceci devient d'autant plus important avec l'introduction en France de nouvelles espèces d'interculture à vocation énergétique, comme la carinata, qui contiennent des teneurs beaucoup plus élevées en glucosinolates que les graines de colza. Le projet de thèse visera à cartographier le devenir des glucosinolates au cours des étapes du procédé conventionnel d'extraction chimique d'huile par hexane et de désolvantation par entraînement à la vapeur. Les deux ressources de Brassica seront utilisées – les graines de colza (référence industrielle actuelle) et les graines de carinata (nouvelle variété d'interculture). Ensuite, une méthodologie originale de modélisation de l'effet des conditions clés du procédé sur les cinétiques de transformation des glucosinolates, la qualité nutritionnelle du tourteau et les rendements d'extraction en huile seront développés. Ceci sera accompli à l'aide des algorithmes génético-évolutionnaires. Les procédés de lavage hydroalcoolique seront également étudiés pour l'élimination des glucosinolates résiduels du tourteau. L'effet des conditions opératoires du lavage (titre en éthanol, ratio S/L, nombre de lavages) sur l'abattement des glucosinolates et la qualité nutritionnelle des protéines sera étudié et modélisé par plan d'expériences. Les modèles générés permettront d'établir la séquence optimale de lavage.

Rapeseed, the second most widely cultivated oilseed crop in the world, reached a global production of more than 70 million tonnes in 2022. France is one of the world's largest producers of rapeseed. Rapeseed oil, which accounts for 40-50% of the dry matter of seeds, is mainly used in biofuel production (80%) and in the food industry (20%). Rapeseed meal, a solid residue rich in protein (30 to 40%) resulting from the industrial extraction of oil, called “trituration”, is used in animal feed as an alternative to soybean meal, which is mainly imported for this purpose. Rapeseed contains a family of specific metabolites of the genus Brassica, called ''glucosinolates'' (10 30 μmol.g-1). These molecules, involved in the defence of the plant, are broken down by hydrolysis or by thermal treatments into sulphur degradation products. These products are then distributed in the outflows of the industrial trituration process and are detrimental to their quality. Indeed, these compounds are bitter and pungent and therefore cause problems of palatability. On the other hand, they are suspected to be responsible for the presence of sulphur in biofuels causing motor problems. Currently, the conditions for industrial crushing are established to maximize oil extraction efficiency, which involves extensive heat treatments that promote the release of glucosinolate breakdown products. In addition, these heat treatments can also degrade thermolabile amino acids such as lysine and protein digestibility. The precise impact of industrial conditions on the degradation of glucosinolates is poorly understood, which complicates control of product quality by the process. To improve the quality of brassica oil and meal, it is essential to understand and quantify the effect of process conditions on the degradation of glucosinolates in order to consider a rational adaptation. This becomes more important with the introduction in France of new energy-oriented intercrop species, such as carinata, which contain much higher levels of glucosinolates than rapeseed. The thesis project will aim to map the fate of glucosinolates during the process steps conventional chemical extraction of oil by hexane and desolvantation by steam drive. Both resources of Brassica will be used – rapeseed (current industry benchmark) and carinata seed (new intercrop variety). Then, an original methodology for modelling the effect of key process conditions on glucosinolate transformation kinetics, nutritional quality of the meal and extraction yields in oil will be developed. This will be accomplished using the genetic-evolutionary algorithms. Hydroalcoholic washing processes will also be studied for the removal of residual glucosinolates from the cake. The effect of the washing operating conditions (ethanol titre, S/L ratio, number of washes) on the glucosinolate abatement and protein nutritional quality will be studied and modelled by experimental plan. The models generated will help determine the optimal wash sequence.