Mise au point et caractérisation d’une boisson fermentée enrichie en bactéries probiotiques et en protéines d’insectes

Dridi, Chaima (2022). Mise au point et caractérisation d’une boisson fermentée enrichie en bactéries probiotiques et en protéines d’insectes Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en Microbiologie Appliquée, 174 p.

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Résumé

La préoccupation des consommateurs s’oriente de plus en plus vers les aliments fonctionnels, particulièrement les produits probiotiques qui connaissent un grand succès commercial et présentent aujourd’hui un marché en essor. Les probiotiques possèdent divers effets bénéfiques pour la santé. Ils peuvent, par exemple, prévenir les infections intestinales, la diarrhée et les infections urogénitales. Actuellement, les recherches se concentrent sur le développement des produits fermentés enrichis en protéines pour fournir aux consommateurs des aliments dotés des propriétés nutritionnelles et fonctionnelles élevées et pour lutter contre la carence en protéines et en acides aminés essentiels, en particulier pour les enfants, les sportifs et les personnes âgées. Les insectes apparaissent comme une source alternative durable appropriée pour l’alimentation humaine et la nutrition animale. Ils sont une source de protéines complètes et équilibrées en acides aminés. Cependant, les insectes ont une faible digestibilité, du fait de la présence de la chitine qui offre une certaine rigidité aux protéines et les rend plus récalcitrantes à l'hydrolyse enzymatique. De plus, la présence de forte teneur en acides aminés hydrophobes tels que la méthionine, la phénylalanine, le tryptophane et la valine, peut réduire certaines propriétés fonctionnelles comme la solubilité qui est directement lié à la digestibilité. Ces points négatifs freinent la valorisation des protéines d’insectes dans des formulations alimentaires. De ce fait, La dégradation de la chitine semble une alternative valable afin d’améliorer la disponibilité des protéines et leur propriétés fonctionnelles et nutritionnelles. Pour ce faire, plusieurs techniques peuvent être testées. Certains traitements peuvent favoriser une meilleure libération de peptides. Parmi ces traitements, on note la prédigestion enzymatique, la sonication et l’irradiation.

L’objectif de ce travail est de développer une boisson probiotiques enrichie en protéines dans le but d’offrir aux consommateurs des aliments dotés des propriétés nutritionnelles élevées et une bonne digestibilité.

Tout d’abord, le traitement de la poudre de criquet par irradiation gamma (IR), ultrason (US) et irradiation gamma assisté par ultrason (US-IR), hydrolyse enzymatique assisté par ultrason suivi ou non de centrifugation (US-E et US-EWC, respectivement) et hydrolyse enzymatique assistée par irradiation gamma et ultrason (US-IRE) et l’étude de leur impact sur les propriétés physicochimiques, structurales et la digestibilité in vitro a été effectuée.

Les résultats ont montré qu’un traitement par US, IR et US-IR favorisait une amélioration de la solubilité, une augmentation de la teneur en groupe sulfhydryle (SH) et des modifications de la structure primaire et secondaire des protéines. Des breuvages fermentés ou non fermentés par la combinaison de probiotiques Lactobacillus acidophilus CL1285, Lacticaseibacillus (Lactobacillus) casei LBC80R et Lacticaseibacillus (Lactobacillus) rhamnosus CLR2, enrichis ou non enrichis en protéines de criquet traitées par US-IR, US-E, US-EWC et US-IRE ont été élaborés. La digestibilité in vitro et la caractérisation des profils peptidiques au cours de la digestion ont été réalisés. Les résultats ont montré que le traitement combiné US-IRE et US-E ont eu un effet très positif en améliorant i) la digestibilité des boissons fermentées de 55% pour le contrôle à 94% pour US-IRE et US-E et ii) l'efficacité de l'hydrolyse des peptides de haut poids moléculaire en peptides de faibles poids moléculaire (80% à la fin de la digestion pour le traitement US-IRE), comparé aux boissons enrichies en protéines non traitées et aux boissons non-enrichies fermentées et non fermentées. La qualité protéique et la digestibilité in vivo des boissons probiotiques enrichies en protéines de criquet non traitées (CP) et enrichies en protéines de criquet traitées par US-E (CPH) ont été évaluées. Les résultats ont montré que l'incorporation de protéines de criquet sous forme d'hydrolysat (CPH) a augmenté significativement le Coefficient d’Efficacité Protéique (CEP) et le Coefficient d’Efficacité Protéique nette (CEPN) (P ≤ 0,05) par rapport au CP, de 1,7 à 2,0 et de 0,4 à 1,0, respectivement. Également, une augmentation de la digestibilité in vivo a été observé pour la boisson CPH (96%) par rapport à la boisson CP (85%). De plus, l'effet d’un régime alimentaire à base de protéines de criquet sur la composition du microbiome intestinal a été étudié et les résultats ont montré que les protéines de criquet entiers ou sous forme d’hydrolysats peuvent maintenir une composition équilibrée et réduire certaines bactéries pathogènes dans l'intestin à savoir Enterococcaceae et Erysipelatoclostridium.

La qualité physico-chimique, nutritionnelle et microbiologique de la boisson fermentée enrichie (CPH) été évaluée pendant 147 jours de conservation réfrigérée à 4◦C et comparée avec la boisson non-fermentée et fermentée non-enrichie (boisson Bio-K+MD). Les résultats ont montré que l'enrichissement de boisson en CPH a assuré l'augmentation de la viscosité, la réduction du pH et l'augmentation de l'acidité titrable accompagnées du maintien d'une concentration élevée de cellules viables de probiotiques par rapport à la boisson non enrichie avec 8,45 log/mL après 147 jours. Ainsi, la fermentation a permis d'améliorer la viscosité qui a été augmentée significativement (P ≤ 0,05) au cours du stockage. De plus, les probiotiques ont présenté une grande résistance aux conditions gastro-intestinales in vitro particulièrement pour la boisson enrichie en CPH et a montré un pourcentage de 83% de probiotiques viables après 147 jours.

Les résultats obtenus pendant ce projet ont mis en évidence la possibilité de développer une boisson probiotique enrichie en protéines non-conventionnelles de bonne qualité nutritive et fonctionnelle. Les protéines de criquet prétraitées via l’hydrolyse enzymatique et ultrason peuvent être une nouvelle alternative prometteuse pour le développement des aliments fonctionnels. Le produit obtenu pourrait répondre aux désirs de consommateurs en un produit de haute valeur nutritive, fonctionnelle et de bonne digestibilité

Consumer concerns are increasingly shifting towards functional foods, particularly probiotic products, which are successful and present today a continuously growing market.

Probiotics have various health benefits, such as prevention of intestinal infections, diarrhea and urogenital infections. Currently, research is focused on the development of fermented products enriched with protein to provide consumers with foods with high nutritional and functional properties and to combat protein and essential amino acid deficiency, especially for children, athletes and the elderly. Insects are emerging as a sustainable alternative source of protein suitable for human food and animal nutrition. They are a source of complete protein and balanced in amino acids. However, insects have a poor digestibility, due to the presence of chitin, which gives proteins a certain rigidity and makes them more recalcitrant to hydrolysis by digestive enzymes. In addition to the presence of high content of hydrophobic amino acids like methionine, phenylalanine, tryptophan and valine, that can reduce some functional properties of these proteins, namely solubility, which reduce their valuation in food formulations. Therefore, the degradation of chitin seems a valid alternative. To improve the nutritional properties and digestibility of proteins, several techniques have been tested. Some treatments can favor the release of higher quantities of peptides, such as enzymatic pre digestion, sonication and irradiation.

The objective of this work is to develop a protein-enriched probiotic beverage with the aim to provide consumers with foods with high nutritional properties and good digestibility. First, the upstream treatment of the cricket powder by gamma irradiation (IR), ultrasound (US) and ultrasound-assisted gamma irradiation (US-IR), enzymatic hydrolysis assisted by ultrasound followed or not by centrifugation (US-E and US-EWC, respectively) and enzymatic hydrolysis assisted by gamma irradiation and ultrasound (US-IRE), and the study of their impact on physicochemical, structural and in vitro digestibility properties were performed.

The results showed that the treatment with US, IR and US-IR promoted an improvement in the solubility, an increase in the content of sulfhydryl (SH) group and changes in the primary and secondary structure of proteins were observed of the treated samples. Non-fermented and fermented beverages containing the combination of probiotics Lactobacillus acidophilus CL1285, Lacticaseibacillus (Lactobacillus) casei LBC80R et Lacticaseibacillus (Lactobacillus) rhamnosus CLR2, non-enriched and enriched with US-IR, US-E, US-EWC and US-IRE processed cricket proteins have been developed. In vitro digestibility and the characterization of peptide profiles during digestion were performed. The results showed that the combined treatment US-IRE and US-E had a very positive effect by improving i) the digestibility of fermented beverage from 55% for the control to 94% for US-IRE and US-E and ii) the efficiency of peptide hydrolysis of high molecular weight in low molecular weight peptides (80% at the end of digestion for US-IRE treatment), compared to the non-fermented and fermented non-enriched beverage. The protein quality and in vivo digestibility of probiotic beverage enriched with non-treated cricket protein (CP) and enriched with US-E processed cricket protein (CPH) were evaluated. The results showed that the incorporation of cricket protein in the form of hydrolysate (CPH) increased significantly the Protein Efficiency Ratio (PER) and the Net Protein Ratio (NPR) (P ≤ 0,05) compared to CP, from 1.7 to 2.0 and 0.4 to 1.0, respectively. Also, an increase in the in vivo digestibility was observed for the CPH beverage (96%) compared to the CP beverage (85%). Additionally, the effect of a cricket protein diet on the composition of the gut microbiome was determined and the results showed that the whole cricket protein or its hydrolysates could maintain a balanced composition and reduce certain pathogenic bacteria in the intestine such as Enterococcaceae and Erysipelatoclostridium.

The physicochemical, nutritional and microbiological quality of the enriched fermented beverage (CPH) was evaluated during 147 days of refrigerated storage at 4◦C and compared with the non-fermented and non-enriched fermented beverage (Bio-K+MD drinkable probiotic). The results showed that the fortification of the beverage with CPH increased the viscosity, reduced the pH and increased the titratable acidity along with a high concentration of viable cells of probiotics compared to the non-enriched beverage with 8.45 log / mL after 147 days. The fermentation made it possible to improve the viscosity which was significantly increased (P ≤ 0,05) during storage. In addition, probiotics showed high resistance to the in vitro gastrointestinal conditions particularly for the beverage enriched with CPH, and showed a percentage of 83% of viable probiotics after 147 days.

The results obtained during this project highlighted the possibility of developing a probiotic beverage enriched with non-conventional proteins with a good nutritional and functional quality. Cricket protein pretreated via enzymatic hydrolysis and ultrasound may build a promising new alternative for the development of functional foods. The product obtained could meet the wishes of consumers in a product with a high nutritional value, functional, good digestibility and accepted and preserved organoleptic quality over time.

Type de document:	Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse:	Lacroix, Monique
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Millette, Mathieuet Aguilar, Bianca (Universidad de Guadalajara)
Mots-clés libres:	-
Centre:	Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt:	01 juill. 2024 14:05
Dernière modification:	09 juill. 2024 15:24
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/15722

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