Perspectives de l'industrie de NIZO : Utilisation et optimisation de la filtration membranaire pour l'extraction des protéines végétales

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26 janvier 2023 - Dernière mise à jour le 26 janvier 2023 à 16 h 52 GMT

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Pour transformer une source de protéines - telle que des produits laitiers ou végétaux - en un ingrédient protéique viable, vous devez séparer la protéine que vous voulez des diverses molécules que vous ne voulez pas. La filtration sur membrane a fait ses preuves en tant que technologie d'extraction de protéines dans l'industrie laitière ; désormais, les acteurs du domaine des protéines végétales, qu'ils soient start-up ou industriels confirmés, s'y intéressent également de plus près.

C'est une technologie offrant des avantages évidents - si vous pouvez surmonter les défis, comme l'explique Fred van de Velde, responsable du groupe d'expertise Fonctionnalité des protéines chez NIZO.

René Floris:​Qu'est-ce que la filtration membranaire et quels sont ses avantages ?​

Fred van de Velde : Avec la filtration sur membrane, vous filtrez votre flux de matière à travers une membrane en polymère (ou dans certains cas en céramique). Les pores de cette membrane permettent aux plus petites molécules de passer et d'être évacuées, tandis que les plus grosses molécules de protéines sont retenues. Les membranes sont disponibles dans une gamme de matériaux et de tailles de pores, et offrent plusieurs avantages par rapport à la précipitation acide - une autre technologie d'extraction de protéines souvent utilisée dans la production de protéines végétales.

RF : Quels sont les avantages de l'utilisation de la filtration membranaire ?​

FV : Premièrement, la filtration membranaire vous donne des rendements plus élevés car vous récupérez la quasi-totalité des protéines, ce qui n'est pas le cas avec la précipitation acide. Deuxièmement, votre protéine conserve mieux sa fonctionnalité avec la filtration sur membrane. Troisièmement, il s'agit d'une technique plus respectueuse de l'environnement : la précipitation acide utilise à la fois une base et un acide, ce qui donne un flux latéral de sel et un produit contenant une teneur en sel relativement élevée. La filtration sur membrane, quant à elle, utilise de l'eau ordinaire pour éliminer les molécules indésirables. Enfin, vous pouvez obtenir une solution protéique hautement concentrée, qui nécessite moins d'énergie lors de l'étape finale de séchage, ce qui permet de réduire les coûts et offre un autre avantage environnemental.

RF : Quels sont les enjeux de l'utilisation de la filtration membranaire ?​

FV : Lors de l'extraction des protéines, des résidus s'accumulent sur la membrane, réduisant sa capacité de filtrage. La vitesse de cette accumulation d'encrassement dépend de la taille des pores de la membrane et de l'interaction qui se produit entre votre matériau source et le matériau de la membrane. Cela se produit à la fois avec les protéines laitières et végétales. Cependant, dans l'industrie laitière, les processus pour minimiser l'encrassement et le nettoyage ont déjà été bien optimisés. À bien des égards, les produits laitiers sont plutôt simples : vous avez affaire à un type de produit (le lait), tous les composants du lait sont bien solubilisés et son comportement est compris, grâce à la longue histoire de l'industrie. Mais avec les protéines végétales, la complexité est bien plus grande : il existe de nombreuses sources de protéines différentes, dont chacune se comporte de manière différente, et ces comportements variables ne sont pas encore bien compris. Donc, si nous voulons réduire l'encrassement, et ainsi diminuer le nettoyage, les temps d'arrêt, etc., nous devons en comprendre beaucoup plus sur les mécanismes à l'origine de cette couche de résidus d'encrassement provenant des protéines végétales.

RF : Qu'est-ce qui cause l'encrassement des membranes par les protéines végétales ?​

FV : Sur la base de notre expérience chez NIZO avec la filtration membranaire et les protéines végétales, nous avons identifié un certain nombre de mécanismes qui peuvent provoquer une accumulation de résidus sur les membranes. Le premier concerne les composants insolubles dans votre matériau de départ, qui peuvent bloquer les pores de la membrane. Ce n'est bien sûr pas un problème avec les produits laitiers / lait, qui sont constitués de composants solubles. Le matériel végétal contient également des fibres non protéiques, qui peuvent également obstruer les pores. Un autre mécanisme potentiel est l'adsorption des protéines ou même le dépliement des protéines sur la membrane, ce qui peut provoquer un encrassement. De plus, les polyphénols, qui sont également abondants dans les aliments végétaux, peuvent interagir avec les protéines, accélérant potentiellement la formation des couches d'encrassement.

RF : Comment sélectionnez-vous la « bonne » membrane à utiliser​

FV : Avant de commencer la production, vous pouvez tester différentes membranes pour voir laquelle entraîne le moins d'encrassement. Bien qu'il ne soit pas encore possible de dire "vous utilisez cette source de protéines végétales, par conséquent, ce type de membrane sera probablement le meilleur pour vous", la connaissance des membranes et des protéines végétales pourrait vous aider à prendre un bon départ dans le choix des options à tester. Par exemple, nous savons que les fèves contiennent plus de fibres que les pois, ce qui pourrait entraîner davantage d'encrassement lié aux fibres. Le tournesol et le colza, en revanche, sont riches en polyphénols : cela pourrait donc entraîner davantage d'encrassement lié aux polyphénols.

RF : Comment les fabricants de protéines végétales peuvent-ils optimiser leur utilisation de la filtration membranaire ?​

FV : En analysant la couche d'encrassement et en trouvant des stratégies pour minimiser l'impact dans le traitement en amont. Par exemple, si le problème principal concerne les composants insolubles, il peut être résolu par centrifugation ou microfiltration. Si la couche d'encrassement est principalement à base de glucides, vous pouvez utiliser des enzymes pour les décomposer. Les éléments plus petits qui en résultent sont ainsi plus facilement emportés. Mais il reste encore beaucoup de travail à faire pour optimiser les procédés de production de protéines végétales par filtration membranaire.

RF : Quel impact cette optimisation peut-elle avoir sur le traitement ?​

FV : Nous avons constaté d'excellents résultats en optimisant les procédés utilisant la filtration membranaire dans l'industrie laitière – même si c'est déjà une industrie bien établie. Par exemple, nous avons fait une optimisation pour les préparations pour nourrissons à base de produits laitiers et avons pu améliorer considérablement le rapport entre le temps de fonctionnement et le temps de nettoyage. Cela a augmenté la capacité de production de l'usine de 40 %. Sur la base de tels résultats, nous sommes convaincus que les efforts et les investissements nécessaires pour optimiser le traitement des protéines végétales à l'aide de la filtration sur membrane apporteront également des améliorations considérables.

RF : Quelles sont les prochaines étapes pour améliorer l'utilisation de la filtration membranaire pour les protéines végétales ?​

FV : Nous avons déjà identifié plusieurs mécanismes potentiels d'encrassement, mais pour sélectionner la meilleure membrane et concevoir des contre-mesures, nous devons comprendre lequel est dominant lors du traitement d'un certain matériel végétal. En plus d'accompagner nos clients dans la sélection et l'optimisation de combinaisons protéines/membranes spécifiques, NIZO travaille à la constitution d'un consortium de partenaires industriels, à la construction de connaissances plus solides et à la vérification de certaines hypothèses. Un type spécifique d'encrassement se produit-il avec toutes les protéines végétales, ou seulement avec certaines protéines végétales ? Quel est le rôle de la matière non protéique dans le produit végétal ? Nous avons besoin de plus de connaissances scientifiques, afin de pouvoir ensuite, par exemple, diviser les protéines par des mécanismes possibles, validés par la recherche. C'est la prochaine étape clé.

Dans le prochain article de NIZO, l'organisme de recherche examinera comment traiter les «co-passagers» comme le polyphénol lors de l'isolement de protéines alternatives.​​

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