Purification and anti-inflammatory and antioxidant properties of phenolic fractions from co-products of production of oleoproteaginous protein isolates - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2021

Purification and anti-inflammatory and antioxidant properties of phenolic fractions from co-products of production of oleoproteaginous protein isolates

Purification et propriétés anti-inflammatoires et anti-oxydantes des fractions phénoliques issues de coproduits de production d'isolats protéiques d'oléoprotéagineux

Abstract

apeseed and sunflower are the most cultivated oilseed plants in Europe in general, and in France in particular. Some industrialists are currently focusing on the development of industrial processes for the extraction/purification of proteins from the oil cakes of these two plants. These processes generate co-products which are saline aqueous effluents rich in phenolic compounds such as cholorgenic acid (CGA, for sunflower) and sinapine (SP, for rapeseed). The capture of these phenolic compounds, which can act as natural antioxidants and/or anti-inflammatory agents in nutrition and health, is therefore a promising way of valorization. The main objectives of this work were: 1) to characterize and identify the phenolic compounds of protein isolate by-products from SFM and RSM; 2) to select the best macroporous resins and to study the adsorption mechanism of phenolic compounds; 3) to optimize the conditions in the phenolic compounds adsorption column; and 4) to evaluate the biological activities of the obtained phenolic fractions, especially the antioxidant and anti-inflammatory properties.By different analytical methods, we determined that the liquid effluents consisted of phenolic compounds, amino acids, carbohydrates, and salt, which have a low molecular weight and can easily pass through a UF/DF membrane. All phenolic compounds were identified by HPLC and HPLC-ESI-MS analysis in comparison with standards. CGA is the main phenolic compound in the sunflower effluent. The main phenolic compound of rapeseed effluents is MS. Unlike sunflower, they also contain many other minor compounds. The adsorption/desorption of sunflower and rapeseed phenolic compounds was evaluated using different macroporous resins including XAD4, XAD7, XAD16, XAD1180 and HP20. We found that all phenolic compounds adsorbed readily onto the resins. XAD7 and XAD16 resins showed the best adsorption/desorption properties in sunflower and rapeseed liquid effluents, respectively. The results showed that the adsorption of all phenolic compounds follows a Langmuir model. According to the determined thermodynamic parameters, the adsorption process, is in all cases physical and is exothermic.The optimal condition for column adsorption was determined on the selected resins by experimental planning and multicriteria optimization. A multicriteria optimization methodology based on design of experiments showed the optimal conditions were adsorption flow rate of 15 BV/h at pH 2.7 for CGA from SFM. Meanwhile, adsorption flow rate of 13.3 BV/h and at pH ranging from 2 to 5 were the optimal conditions for sinapine from RSM. Ethanol solutions 50% (v/v) for chlorogenic acid, 70% (v/v) for sinapine were used for desorption.These approaches successfully produced the phenolic fractions for biological activities such as antioxidation and anti-inflammation. Phenolic fraction showed a higher antioxidant capacity than vitamin C in DPPH and ABTS assays (IC50/phenolic fractions < IC50 vitamin C, p < 0.05. In addition, it was discussed whether the phenolic fractions obtained in this project also showed an inflammatory effect. The sunflower fraction (CGA) effectively inhibited the production of TNF-α, which is a pro-inflammatory marker when a sample is treated with LPS. However, the rapeseed fractions were not effective against proinflammatory mediators. None of the fractions showed cytotoxicity.
Le colza et le tournesol sont les plantes oléagineuses les plus cultivées en Europe en général, et en France en particulier. Certains industriels se concentrent actuellement sur le développement de procédés industriels d'extraction/purification des protéines des tourteaux de ces deux végétaux. Ces procédés génèrent des coproduits qui sont des effluents aqueux salins riches en composés phénoliques tels que l'acide cholorgénique (CGA, pour le tournesol) et la sinapine (SP, pour le colza). La capture de ces composés phénoliques qui peuvent agir comme anti-oxydants naturels et/ou anti-inflammatoires en nutrition – santé constitue donc une voie de valorisation prometteuse. Les principaux objectifs de ce travail étaient les suivants 1) caractériser et identifier les composés phénoliques des sous-produits d'isolat de protéines à partir de la SFM et de la RSM ; 2) choisir les meilleures résines macroporeuses et étudier le mécanisme d'adsorption des composés phénoliques; 3) optimiser les conditions dans la colonne d’adsorption des composés phénoliques; et 4) évaluer les activités biologiques des fractions phénoliques obtenues, notamment les propriétés antioxydantes et anti-inflammatoires. Par différentes méthodes analytiques, nous avons déterminé que les effluents liquides étaient constitués de composés phénoliques, d'acides aminés, d'hydrates de carbone et de sel, qui ont un poids moléculaire faible et qui peuvent facilement passer à travers une membrane UF/DF. Tous les composés phénoliques ont été identifiés par analyse HPLC et HPLC-ESI-MS, en comparaison avec des standards. Le CGA est le principal composé phénolique des effluents tournesol. Le principal composé phénolique des effluents colza est la SP. Contrairement au tournesol, ils contiennent aussi de nombreux autres composés mineurs. L'adsorption/désorption des composés phénoliques de tournesol et de colza a été évaluée à l'aide de différentes résines macroporeuses, notamment XAD4, XAD7, XAD16, XAD1180 et HP20. Nous avons constaté que tous les composés phénoliques s'adsorbaient facilement sur les résines. Les résines XAD7 et XAD16 ont montré les meilleures propriétés d'adsorption/désorption dans les effluents liquides de tournesol et de colza, respectivement. Les résultats ont montré que l'adsorption de tous les composés phénoliques suit un modèle. Les isothermes d’adsorption suivent un modèle de Langmuir. Selon les paramètres thermodynamiques déterminés, le processus d'adsorption, est dans tous les cas physique et est exothermique. La condition optimale pour l'adsorption sur colonne a été déterminée sur les résines sélectionnées par planification expérimentale et optimisation multicritère. Une méthodologie d'optimisation multicritères basée sur des plans d'expériences a montré que les conditions optimales étaient un débit d'adsorption de 15 BV/h à un pH de 2,7 pour le CGA de la SFM. De l’autre côté, un débit d'adsorption de 13,3 BV/h et un pH compris entre 2 et 5 étaient les conditions optimales pour la sinapine du RSM. Des solutions d’éthanol (50% (v/v) pour l'acide chlorogénique, 70% (v/v) pour la sinapine ont été utilisées pour la desorption. Ces approches ont permis de produire avec succès les fractions phénoliques pour des activités biologiques telles que l'antioxydation et l'anti-inflammation. La fraction phénolique a montré une capacité antioxydante plus élevée que la vitamine C dans le test ABTS (IC50/fractions phénoliques < IC50 vitamine C, p < 0,05). Il a en outre été discuté si les fractions phénoliques obtenues dans le cadre de ce projet présentaient également un effet inflammatoire. La fraction tournesol (CGA) a efficacement inhibé la production de TNF-α, qui est un marqueur pro-inflammatoire lorsqu'un échantillon est traité avec du LPS. Cependant, les fractions colza n'étaient pas efficaces contre les médiateurs pro-inflammatoires. Aucune des fractions n’a montré de cytotoxicité.
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  • HAL Id : tel-03683992 , version 1

Cite

Thi Tuong Le. Purification and anti-inflammatory and antioxidant properties of phenolic fractions from co-products of production of oleoproteaginous protein isolates. Chemical and Process Engineering. Université de Lorraine, 2021. English. ⟨NNT : 2021LORR0270⟩. ⟨tel-03683992⟩
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