Doctorant en Bioprocédés H/F

Maîtrise et optimisation de procédés de fractionnement et de transformation enzymatique de co-produits végétaux pour la production d'ingrédients protéiques multifonctionnels

Date de début : octobre 2024
Durée : 3 ans, contrat doctoral
Lieu : LRGP (UMR CNRS 7274), site IUT Nancy-Brabois à Villers-lès-Nancy (54)
Ecole doctorale : ED 608 - SIMPPE, Université de Lorraine (54)

#mots-clés : protéines végétales, production ingrédients protéiques, procédé de fractionnement humide, hydrolyse enzymatique, modélisation, optimisation multicritères, propriétés technofonctionnelles, propriétés nutritionnelles

- Contexte - problématique :
L'alimentation et plus largement les systèmes alimentaires se situent aujourd'hui à la croisée d'enjeux sanitaires, écologiques et économiques majeurs et interdépendants, qui doivent être abordés de manière systémique. Ce changement de paradigme doit notamment passer par une végétalisation de notre alimentation qui permettrait de réduire en partie l'impact environnemental des productions animales. Cependant, à ce jour, la substitution d'ingrédients protéiques d'origine animale par des protéines végétales nécessite de mieux comprendre la spécificité de ces dernières pour pouvoir proposer des solutions technologiques adaptées à leur utilisation.
Dans ce contexte, le projet ANR France 2030, nommé M2ProLIV, présente une approche pluridisciplinaire pour diversifier les sources de protéines, en combinant des critères de sélection liés à la performance, à la fonctionnalité, et à la durabilité des aliments protéiques. Ce projet propose (i) d'utiliser des ressources naturelles et facilement disponibles, (ii) de transformer de façon douce les matières premières dans une démarche d'économie circulaire, (iii) de produire des aliments aux qualités nutritionnelles renforcées, sans en affecter les qualités sensorielles et de conservation.
La complexité des ressources naturelles, associée à une pureté moindre des ingrédients protéiques obtenus par des traitements modérés qui préservent l'intégrité structurelle, est un défi de recherche important qui devrait être mieux étudié. En effet, les fractions protéiques moins pures n'ont pas forcément moins d'intérêt dans les applications alimentaires. La production durable d'ingrédients devrait plutôt se concentrer sur la fonctionnalité souhaitée plutôt que sur la pureté. En outre, compte tenu de l'importance sanitaire et nutritionnelle des lipides polyinsaturés (e.g. de la série oméga-3) et du fait qu'ils peuvent s'accumuler de manière substantielle dans les concentrés et les isolats de protéines lors des technologies de fractionnement, il conviendrait d'utiliser cette particularité pour développer des fractions enrichies en protéines comme émulsifiants contenant également des lipides ayant des bienfaits reconnus pour la santé et la nutrition.

- Limitations-verrous :
Dans le projet M2ProLIV, le développement des ingrédients protéiques sera réalisé à partir de deux ressources nationales d'intérêt : les tourteaux de chanvre et de noix, par des procédés de fractionnement en voie humide.

Le principal verrou technique au développement de ces procédés est le réglage fin des conditions à mettre en oeuvre ainsi que leur Maîtrise. En effet, de nombreuses conditions opératoires doivent être prises en compte (pH, température, rapport solide/liquide, durée, etc.) ainsi que des critères de performance (pureté en protéines, accumulation de lipides, propriétés fonctionnelles, propriétés nutritionnelles, etc.). La nécessité d'envisager une combinaison d'opérations renforce la complexité d'identifier le meilleur jeu de conditions et le schéma de procédé en plusieurs étapes. De plus, les propriétés physico-chimiques et fonctionnelles des extraits protéiques issus de ces deux ressources sont encore peu connues.
D'autre part, une limitation de fonctionnalités peut être atteinte avec la mise en oeuvre des procédés de fractionnement. Ainsi, la mise en oeuvre de procédé de transformation modérée permettant une amélioration et/ou le développement de nouvelles fonctionnalités technologiques à partir des fractions protéiques enrichies pourraient rendre ces nouvelles ressources protéiques plus compétitives, en ouvrant la voie à la conception d'additifs alimentaires naturels multifonctionnels aux propriétés et qualités nutritionnelles améliorées (ou nouvelles). Pour cela, la protéolyse enzymatique est un des procédés les plus envisageables, durables et compatibles pour l'utilisation des protéines végétales en alimentation. Cette voie permettrait par exemple de développer des hydrolysats multifonctionnels (antioxydants et émulsifiants) ou à hautes propriétés de chélation de métaux (fer, zinc) pour répondre aux carences en micronutriments de plus en plus préoccupantes. Néanmoins, la compréhension et la maîtrise de l'obtention des hydrolysats sont limités par le manque de connaissances des relations entre les caractéristiques des produits et leurs propriétés.

- Objectifs - méthodologie :
Dans le cadre de ce projet, le Laboratoire Réactions et Génie des Procédés (LRGP, UMR CNRS 7274) propose un sujet de thèse afin de répondre aux problématiques soulevées.
Ainsi, ce projet de thèse a pour premier objectif de développer et optimiser des procédés de fractionnement pour l'obtention d'ingrédients protéiques à partir de tourteaux de chanvre et de noix, ayant une qualité préservée et des propriétés d'intérêt.
Le second objectif de cette thèse est d'identifier les conditions optimales de mise en oeuvre du procédé de protéolyse enzymatique pour améliorer et/ou développer de nouvelles propriétés des ingrédients protéiques.

Il a pour vocation de permettre :
(i) l'identification des conditions optimales du procédé de fractionnement favorisant l'enrichissement en protéines fonctionnelles tout en maintenant une fraction lipidique concentrée ;
(ii) la Maîtrise du procédé de protéolyse pour produire des produits protéiques multifonctionnels à partir des fractions enrichies obtenues ;
(iii) la modélisation des procédés appliqués pour réaliser une analyse de cycle de vie, optimiser les procédés et réduire leurs impacts environnementaux.
(iv) une amélioration du niveau de compréhension des facteurs clés des procédés qui modulent les propriétés recherchées (fonctionnalités, propriétés antioxydantes, chélatrices, émulsifiantes).

L'objectif final du projet M2ProLIV sera de sélectionner le ou les ingrédients protéiques issus de chanvre et de noix qui pourraient être testés comme candidats dans des formulations alimentaires par des partenaires du projet, telles que des boissons ou mayonnaises végétales, par exemple.

- Profil recherché :
Le(la) candidat(e) de formation ingénieur ou master (avec a minima une mention AB) devra avoir de bonnes connaissances en génie des bioprocédés (procédés de fractionnement, extraction solide/liquide, séparation, hydrolyse enzymatique), physico-chimie, biochimie, ainsi qu'en techniques analytiques. Le sujet proposé est pluridisciplinaire, ce qui permettra au candidat d'acquérir des compétences scientifiques et techniques dans des domaines variés tels que la mise en oeuvre/optimisation de procédés de fractionnement et de transformation, la caractérisation de fonctionnalités de protéines, les techniques analytiques de biomolécules (CLHP, CLHP-SM, etc.). Des compétences pour la simulation de procédés couplée à l'expérimentation et un intérêt pour les applications alimentaires seraient également des points forts. Des qualités humaines, un dynamisme et une certaine autonomie, associés à un esprit d'initiative et curieux, sont recherchés.
Contexte de travail
Ecole doctorale : ED 608- SIMPPE, Université de Lorraine (54)
Le Laboratoire Réactions et Génie des Procédés (LRGP) est une unité mixte de recherche CNRS-UL, qui développe des connaissances scientifiques et technologiques nécessaires à la conception, l'étude, la conduite et l'optimisation des procédés complexes de transformation physico-chimiques et biologiques, de la matière et de l'énergie. Notamment, les axes de recherche Génie des Produits s'intéressent à la valorisation de produits protéiques d'agro-ressources, par des opérations d'extraction solide/liquide, de purification et de protéolyse enzymatique.

Contraintes et risques
Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.
Informations complémentaires

Ce sujet de thèse s'intègre au projet ANR France 2030, nommé M2ProLIV.

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