FR3165151A1

FR3165151A1 - Procédé de préparation d’un isolat de protéines végétales par la voie fermentaire

Info

Publication number: FR3165151A1
Application number: FR2408567A
Authority: FR
Inventors: Didier Lefebvre; Alexis Duval
Original assignee: Intact
Current assignee: Intact
Priority date: 2024-08-01
Filing date: 2024-08-01
Publication date: 2026-02-06
Also published as: WO2026027728A1

Abstract

L’invention concerne un procédé de préparation d’un isolat de protéines, comprenant les étapes suivantes : fourniture d’une graine ; micronisation de la graine, pour obtenir une fraction micronisée ; traitement de la fraction micronisée par séparation aéraulique, pour collecter une fraction enrichie en amidon ; mélange de la fraction enrichie en amidon avec un liquide aqueux, pour former un substrat liquide ; hydrolyse de l’amidon dans le substrat liquide, pour obtenir un substrat hydrolysé ; mise en contact du substrat liquide avec au moins une enzyme choisie parmi les xylanases, les glucanases et les combinaisons de celles-ci ; fermentation du substrat hydrolysé, pour obtenir un milieu fermenté ; distillation du milieu fermenté, pour collecter un distillat et un résidu de distillation ; traitement du résidu de distillation par une séparation solide-liquide, pour obtenir une fraction liquide et une fraction solide ; collecte de la fraction solide. Pas de figure.

Description

Procédé de préparation d’un isolat de protéines végétales par la voie fermentaire

Domaine de l’invention

La présente invention concerne un procédé de production d’un isolat de protéines végétales à partir de végétaux contenant de l’amidon, tels qu’à partir de légumineuses ou de céréales.

Arrière-plan technique

La demande mondiale en protéines est en forte croissance, liée à l’augmentation de la population sur tous les continents ainsi qu’à une plus grande prospérité notamment en Asie et en Afrique. Mais les récentes crises climatiques qui s’accentuent d’années en années obligent les gouvernements à instaurer une politique environnementale volontariste afin de réduire les émissions de gaz à effet de serre.

Les protéines sont actuellement issues en très grande majorité du monde animal. Les élevages de bovins, ovins ou de volailles engendrent une grande consommation d’eau et de fortes émissions de gaz à effet de serre. La production de protéines à base de végétaux a,a contrario,un impact environnemental nettement moins négatif.

La transition de protéines animales à végétales n’est pourtant pas simple. Les produits issus du monde animal ont la préférence grâce à leurs qualités gustatives qui sont en partie liées à la microstructure de la viande et à sa composition nutritionnelle. Les plantes produisant des protéines contiennent aussi des glucides et autres molécules influençant le goût et le profil nutritionnel. Ce sont donc ces caractéristiques propres au monde végétal qui ont favorisé le développement de procédés de fractionnement des produits végétaux.

Parmi les plantes contenant des protéines, trois classes de végétaux sont les plus utilisées : les céréales (en particulier blé et maïs) en majorité, suivi des oléagineux (notamment soja et tournesol) puis des légumineuses.

Les voies historiques d’extraction des protéines à partir de plantes sont des procédés dits humides, qui diffèrent selon la classe de la plante.

Dans le cas du blé, qui contient du gluten vital comme source de protéines, l’extraction passe tout d’abord par une série de broyages des grains afin de séparer les fibres (le son) de la farine. Cette dernière est envoyée dans un pétrin avec de l’eau afin d’obtenir une pâte et ainsi former le gluten. Le mélange est envoyé dans un décanteur trois phases dont sortent trois fluides séparément : le gluten, les pentosanes et l’amidon. Le gluten est ensuite lavé dans des tambours rotatifs puis essoré et séché. La quantité d’eau utilisée dans ce procédé est généralement entre 2,5 et 3,5 m³par tonne de blé. Il y a donc un double impact environnemental négatif :

Le premier est lié à l’utilisation de quantités importantes d’eau. Par exemple, une amidonnerie de taille moyenne utilise environ 2 000 tonnes de blé par jour, ce qui correspond à un prélèvement d’environ 2 millions de m³d’eau par an.
Le deuxième est lié à l’utilisation intensive d’engrais pour la culture du blé, à son transport et à toute l’énergie nécessaire au procédé d’extraction du gluten qui comprend notamment l’évaporation de l’eau consommée en amont. L’impact environnemental en gaz à effet de serre estimé par la plateforme CarbonCloud est de 2 300 kg CO₂eq/t de gluten de blé produit.

Le procédé d’extraction du gluten de maïs passe en premier lieu par une étape de trempage du grain afin de faciliter son broyage. Les étapes suivantes utilisent différents moyens de séparation (grilles de filtration, centrifugeuses, hydrocyclones) et aboutissent à l’obtention de trois produits que sont le gluten, le germe riche en huile et l’amidon. Le gluten est concentré au moyen d’un décanteur ou d’un filtre rotatif sous vide, puis séché. De la même manière que le blé, il y a ici aussi un double impact environnemental négatif, lié à :

la consommation d’eau qui est estimée à 1,4 m³par tonne de maïs. Pour une amidonnerie de taille moyenne qui broie 1 500 tonnes de maïs par jour, cela représente un prélèvement d’environ 700 000 m³d’eau par an.
l’utilisation ici aussi d’engrais et un besoin en énergie nécessaire à l’évaporation de l’eau qui se traduit par un impact en gaz à effet de serre de 1 700 kg CO₂eq par tonne de gluten de maïs produit (source : CarbonCloud).

Dans le cas des oléagineux comme le soja et le tournesol, le fractionnement à l’échelle industrielle s’opère préalablement par une extraction des matières grasses par un solvant qui est principalement l’hexane. Le résidu non soluble dans l’hexane est riche en protéines et en fibres et est appelé tourteau. Le tourteau obtenu à la suite de l’extraction de l’huile est séché. L’impact environnemental est donc principalement lié à la culture des plantes, à l’utilisation d’hexane et à l’énergie déployée pour l’extraction de l’huile et le séchage du tourteau. L’impact en gaz à effet de serre est estimé, pour le soja, à entre 1 000 et 2 000 kg CO₂eq par tonne de soja utilisé et est estimé, pour le tournesol, à entre 2 000 et 3 000 kg CO₂eq par tonne de tournesol utilisé.

En ce qui concerne les légumineuses, le procédé d’extraction des protéines comprend en premier lieu une étape consistant à broyer la graine afin d’obtenir une farine.

Selon une première voie d’extraction des protéines, les graines broyées sont mises en suspension dans une solution alcaline ayant un pH proche de 9. Les protéines de la famille des globulines et albumines (qui représentent typiquement entre 75 et 85 % en poids des protéines totales) sont solubilisées tandis que les autres composants tel que l’amidon et les fibres restent insolubles. Les solides sont ensuite séparés des liquides par centrifugation ou décantation. Le pH du surnageant (fraction liquide) obtenu lors de l’étape précédente est ajusté au pH isoélectrique des protéines, par exemple au moyen d’acide chlorhydrique, ce pH étant souvent entre 4 et 5. A ce pH, les interactions entre les protéines et le solvent sont réduites, permettant la mise en suspension des protéines. Une nouvelle séparation solide-liquide est alors effectuée pour récupérer la phase solide. Après remise en suspension, le pH peut être ajusté à la neutralité avant séchage des protéines. Avec ce procédé, les protéines de la famille des glutélines ne sont pas extraites car le pH qui devrait être appliqué pour leur extraction occasionnerait des pertes de fonctionnalité des albumines et des globulines.

Une autre voie pour les légumineuses est basée sur l’utilisation de membranes de filtration. Dans ce procédé, la graine de légumineuse est broyée afin d’obtenir une farine. Celle-ci est mise en suspension à un pH de 7,5 pour atteindre 10 à 20 % en poids de matière sèche. Par centrifugation ou décantation, la masse solide contenant l’amidon et les fibres est séparée des protéines solubilisées dans le solvant. Le surnageant contenant les protéines est filtré au travers de membranes organiques d’une porosité de 10 kD. Les protéines ayant un poids moléculaire important seront retenues dans la boucle de recirculation et seront récupérées dans le rétentat. Les plus petites molécules qui passent à travers la membrane seront collectées dans le perméat. Le rétentat est ensuite soumis à une étape de diafiltration qui consiste à filtrer à nouveau les protéines diluées avec de l’eau déminéralisée. Cette étape a pour but de « laver » les protéines afin de diminuer le plus possible la présence de sels et d’acides aminés. Les protéines sont ensuite concentrées jusqu’à une quantité d’environ 30 % en poids de matière sèche et séchées au moyen d’une tour d’atomisation.

Les techniques employées pour l’extractions des protéines de légumineuse décrites ci-dessus sont très énergivores, ce qui implique un impact environnemental conséquent. Le taux d’émission de gaz à effet de serre se situe typiquement entre 4 000 et 5 000 kg de CO₂eq par tonne d’isolat de protéines produit (source : CarbonCloud). Mais l’impact le plus important est causé par la consommation d’eau, élevée, et de produits chimiques, et par voie de conséquence le volume d’eaux de rejet à traiter.

D’autres méthodes de production de fractions protéiques ont été décrites.

Par exemple, l’article de Pelgromet al., «Dry fractionation for production of functional pea protein concentrates»,Food Research International, 2013, vol.53 p.232-239, décrit un procédé de préparation d’un concentrat de protéines de pois comprenant une étape de broyage du pois non dépelliculé, un étape de tamisage et une étape de séparation aéraulique du pois broyé, permettant l’obtention d’une fraction de plus grosses particules et d’une fraction de plus fines particules, enrichie en protéines. Les concentrats de protéines obtenus contiennent de 51 à 55 % de protéines (sur matière sèche).

Le document US 9,476,068 divulgue un procédé pour préparer un co-produit à partir d’une matière végétale comprenant de l’amidon et un autre polysaccharide choisi parmi la cellulose et l’hémicellulose, comprenant l’hydrolyse de l’amidon et/ou de l’autre polysaccharide à une température d’au moins 85°C, la mise en contact de l’amidon avec une alpha-amylase, la mise en contact de l’autre polysaccharide avec une enzyme de pré-conversion choisie parmi les xylanases, les cellulases et les hemicellulases, la combinaison du milieu avec une levure pour effectuer une première fermentation, la distillation du mélange de fermentation et la récupération du résidu de distillation pour obtenir un premier co-produit. Ce premier co-produit est soumis de nouveau à un procédé comprenant une acidification, une hydrolyse à une température d’au moins 85°C, l’ajout d’une enzyme de pré-conversion, l’ajout d’une levure pour effectuer une deuxième fermentation, une deuxième distillation, pour obtenir un deuxième co-produit correspondant au second résidu de distillation. Les co-produits obtenus comprennent autour de 30 % en poids de protéines sur matière sèche.

Le document US 9,644,228 concerne un procédé de production d’un concentrat de protéines à partir d’une graine contenant de l’amidon comprenant le broyage de la graine, le mélange de la graine broyée avec de l’eau, le mélange de la suspension obtenue avec des enzymes pour solubiliser l’amidon et les glucanes, l’ajout d’un organisme de fermentation, la fermentation du milieu, la séparation du milieu de fermentation en une fraction solide et une fraction liquide par centrifugation ou filtration, la collecte et le séchage de la fraction solide, et la distillation de la fraction liquide. Dans les exemples, les concentrats de protéines produits comprennent jusqu’à 58 % en poids de protéines.

Ces procédés permettent l’obtention de fractions comprenant un taux de protéines sur matière sèche insuffisant.

Il existe donc un réel besoin de développer un procédé d’obtention d’un isolat de protéines à partir d’une matière végétale comprenant une plus haute teneur en protéines et ayant une émission de gaz à effet de serre plus réduite.

L’invention concerne en premier lieu un procédé de préparation d’un isolat de protéines, comprenant les étapes suivantes :

la fourniture d’au moins une graine comprenant de l’amidon et des protéines ;
la micronisation de ladite au moins une graine, de manière à obtenir une fraction micronisée ;
le traitement de la fraction micronisée par séparation aéraulique, de manière à collecter une fraction enrichie en amidon ;
le mélange de la fraction enrichie en amidon avec un liquide aqueux, de manière à former un substrat liquide ;
l’hydrolyse de l’amidon dans le substrat liquide, de manière à obtenir un substrat hydrolysé ;
la mise en contact du substrat liquide avec au moins une enzyme choisie dans le groupe constitué des xylanases, des glucanases et des combinaisons de celles-ci ;
la fermentation du substrat hydrolysé, de manière à obtenir un milieu fermenté ;
la distillation du milieu fermenté, de manière à collecter un distillat et un résidu de distillation ;
le traitement du résidu de distillation par une séparation solide-liquide, de manière à obtenir une fraction liquide et une fraction solide ;
la collecte de la fraction solide.

Dans des modes de réalisation, l’au moins une graine est choisie dans le groupe constitué des graines de légumineuse, de préférence choisie dans le groupe constitué des haricots, des pois, des fèves, des lentilles, des pois chiches, des lupins, des féveroles et des mélanges de celles-ci ; des graines de céréale, de préférence choisie dans le groupe constitué de l’avoine, de l’orge, du blé, du maïs et des mélanges de celles-ci ; et des combinaisons de celles-ci.

Dans des modes de réalisation, l’hydrolyse de l’amidon comprend la mise en contact du substrat liquide avec au moins une enzyme choisie dans le groupe constitué des saccharidases, de préférence au moins une α-amylase.

Dans des modes de réalisation, l’hydrolyse de l’amidon comprend la gélatinisation du substrat liquide, de manière à obtenir un substrat gélatinisé, de préférence par chauffage dudit substrat liquide, plus préférentiellement le chauffage étant effectué par mélange de vapeur d’eau avec le substrat liquide.

Dans des modes de réalisation, l’au moins une graine comprend une pellicule, et le procédé comprend une étape de dépelliculage de la graine, préalablement à la micronisation.

Dans des modes de réalisation, l’hydrolyse de l’amidon comprend une étape de mise en contact du substrat liquide avec au moins une enzyme choisie dans le groupe constitué des glucosidases, de préférence d’au moins deux enzymes choisies dans le groupe constitué des glucosidases, plus préférentiellement d’au moins une α-1,4-glucosidase et une amylo-α-1,6-glucosidase.

Dans des modes de réalisation, le substrat liquide est mis en contact avec au moins une xylanase et au moins une glucanase, de préférence au moins une bêta-glucanase.

Dans des modes de réalisation, la séparation aéraulique de la fraction micronisée est effectuée au moyen d’un cyclone avec sélecteur.

Dans des modes de réalisation, la séparation solide-liquide est choisie parmi les séparations par centrifugation, par filtration, par décantation et les combinaisons de celles-ci.

Dans des modes de réalisation, la fermentation comprend la mise en contact du substrat liquide ou du substrat hydrolysé avec au moins un microorganisme, de préférence choisi dans le groupe constitué des levures, des bactéries et des combinaisons de ceux-ci, plus préférentiellement l’au moins un microorganisme est au moins une levure.

Dans des modes de réalisation, le procédé comprend une étape de séchage de la fraction solide.

Dans des modes de réalisation, l’isolat de protéines comprend au moins 75 % en poids de protéines, par rapport au poids total de matière sèche de l’isolat de protéines.

Dans des modes de réalisation, un produit de fermentation est produit lors de la fermentation, ledit produit de fermentation étant choisi parmi les alcools, et étant de préférence l’éthanol.

La présente invention permet de répondre au besoin exprimé ci-dessus. Elle fournit plus particulièrement un procédé de préparation d’un isolat de protéines à partir d’une matière végétale plus respectueux de l’environnement, et plus particulièrement à faibles émissions de gaz à effet de serre,, qui soit facilement implémentable à l’échelle industrielle, tout en permettant l’obtention d’une teneur élevée en protéines. De plus, le procédé selon l’invention permet la production d’autres produits d’intérêt tels que l’éthanol ou d’autres composés organiques.

Cela est accompli grâce à la mise en œuvre d’une séquence particulière d’étapes comprenant notamment une micronisation de la matière végétale, une séparation aéraulique, une hydrolyse au moyen d’enzymes déviscosifiantes (en particulier xylanases et/ou glucanases), une fermentation, une distillation et une séparation solide-liquide du résidu de distillation.

En outre, dans les modes de réalisation dans lesquels la matière végétale est une légumineuse, le procédé selon l’invention permet de réduire encore davantage les émissions de gaz à effet de serre. En effet, les légumineuses ont la faculté d’utiliser l’azote atmosphérique pour leur croissance, via l’intermédiaire d’organismes symbiotiques qui déchargent cet azote atmosphérique dans la terre. Cette faculté permet une utilisation plus réduite des engrais chimiques azotés qui sont sources de gaz à effet de serre.

Description détaillée

L’invention est maintenant décrite plus en détail et de façon non limitative dans la description qui suit.

Sauf indication contraire, tous les pourcentages sont des pourcentages massiques.

Dans le présent texte, les quantités indiquées pour une espèce donnée peuvent s’appliquer à cette espèce selon toutes ses définitions (telles que mentionnées dans le présent texte), y compris les définitions plus restreintes.

L’invention concerne un procédé de production d’un isolat de protéines à partir d’au moins une matière végétale comprenant de l’amidon et des protéines. Par «isolat de protéines», on entend de préférence une fraction comprenant au moins 75 % en poids de protéine, plus préférentiellement au moins 78 % en poids, par rapport au poids total de matière sèche de la fraction.

De préférence, la matière végétale comprend en outre des fibres. On entend par «fibre», toutes les molécules polymériques végétales, solubles ou insolubles, autres que l’amidon et les fragments d’amidon. Les fibres incluent en particulier la cellulose, l’hémicellulose, la lignine, les β-glucanes et la pectine. La matière végétale peut comprendre en outre des lipides (ou matières grasses).

De préférence, la matière végétale est issue d’au moins une légumineuse, d’au moins une céréale, ou de combinaisons de celles-ci.

Par «légumineuse», on entend les plantes de la famille desFabacées. Les graines de légumineuse comprennent, notamment, de l’amidon et des protéines. Elles présentent l’avantage d’être riches en glucides (elles peuvent comprendre environ 60 % de glucide), essentiellement sous forme d'amidon, et riches en protéines (elles contiennent généralement un taux de protéines entre 20 et 30 % en poids sur matière sèche) et d’avoir un taux de matières grasses faible.

Toutes les légumineuses sont adaptées à l’invention. A titre d’exemples de légumineuses utilisables dans l’invention, on peut citer en particulier les haricots, les pois, les fèves, les lentilles, les pois chiches, les lupins, les féveroles et les mélanges de ceux-ci.

Les céréales font partie de la famille desPoaceae. Elles produisent des graines, appelées aussi grains, qui comprennent de l’amidon et des protéines, La matière végétale peut provenir de toute céréale appropriée. Comme exemples de céréales utilisables dans l’invention, on peut citer, notamment, le blé, le maïs, l’orge, l’avoine et les mélanges de celles-ci.

De manière avantageuse, la matière végétale selon l’invention comprend au moins une graine. De manière plus avantageuse, la matière végétale est au moins une graine.

De manière générale, les graines comprennent au moins une amande entourée d’une enveloppe (ou pellicule). Toutefois, dans le présent texte, le terme «graine» peut désigner de manière générale la graine totale (complète) ainsi que toute partie de la graine (par exemple l’amande), sauf indication contraire.

Les graines utilisées dans l’invention comme matière végétale de départ comprennent de préférence une pellicule et une amande.

Encore plus avantageusement, la matière végétale comprend, ou est, au moins une graine de légumineuse. L’utilisation de légumineuses en tant que matière première est avantageuse car leur culture résulte en de faibles émissions de gaz à effet de serre. En effet, les légumineuses sont les seules plantes capables de fixer l’azote de l’air dans le sol grâce à leur association symbiotique avec des bactéries du genreRhizobiumvia la formation de nodosités, ce qui permet l’apport à la plante de l’azote nécessaire à sa croissance. La capacité des légumineuses à fixer l’azote provenant de l’air permet d’éviter l’utilisation d’engrais azotés qui, appliqués en excès, nuisent à la biodiversité des sols et donc à leur fertilité. De plus, l’application d’engrais azotés rejette une grande quantité de protoxyde d’azote qui est un gaz à effet de serre. En outre, l’azote de l’air fixé par les légumineuses est restitué à la culture suivante via la décomposition des résidus de culture (parties aériennes et souterraines) par les bactériesRhizobium, les résidus les plus facilement dégradables (feuilles, tiges peu ligneuses au rapport carbone/azote faible) se décomposant et libérant de l’azote en quelques semaines tandis que les parties ligneuses (tiges, racines) minéralisent plus lentement. Plus particulièrement, les émissions de carbone liées à la culture de légumineuse sont estimées à 200 kg CO₂eq par tonne de légumineuse. Lorsque la culture de légumineuse est associée à des cultures de céréales dans un processus de rotation des cultures (par exemple, alternance des cultures de pois, blé et avoine), l’apport d’engrais azotés est diminué, ce qui peut permettre de réduire les émissions de carbone de 189 kg CO₂eq par tonne de légumineuse : la culture des légumineuses a donc dans ce cas un bilan net quasi neutre de 11 kg CO₂eq par tonne de légumineuse.

De préférence, la matière végétale comprend, ou est, une graine de pois.

La matière végétale, en particulier la graine, peut comprendre une pellicule. De manière avantageuse, le procédé selon l’invention comprend une étape de retrait de la pellicule (ou dépelliculage) de la graine. En effet, la pellicule des graines est composée majoritairement de fibres non solubles qui ne sont pas consommées par les microorganismes de fermentation. De plus, la majorité des contaminants des graines se trouvent dans la pellicule, son retrait permet ainsi de réduire les risques de contamination de l’isolat préparé.

De préférence le dépelliculage est un dépelliculage mécanique, effectué par exemple par abrasion, compression, impact, cisaillement ou tout autre action mécanique appropriée.

Dans des modes de réalisation, le dépelliculage est effectué par broyage de la graine puis séparation des particules obtenues en fonction de leur taille et/ou de leur densité.

Pour le broyage, on peut utiliser tout type de broyeur adapté, notamment tout broyeur utilisant une des forces mécaniques mentionnées ci-dessus. En particulier, un broyeur à rouleaux (appelé aussi broyeur à cylindres) utilisant la force de compression peut être utilisé. L’écartement des rouleaux est de préférence de 3 à 6 mm, de préférence encore de 4 à 5 mm. A l’issu du broyage, on obtient un mélange de fragments de pellicule et de morceaux d’amande.

L’étape de séparation des particules obtenues peut notamment être effectuée par tamisage, par séparation aéraulique, ou par une combinaison de ces deux techniques.

L’étape de séparation est de préférence effectuée par tamisage puis séparation aéraulique.

Ainsi, les particules obtenues après broyage peuvent subir une ou plusieurs étapes de tamisage. En particulier, les particules peuvent être séparées par passage sur un tamis de maillage adapté permettant de séparer les fragments de pellicule et les morceaux d’amande ayant une certaine taille des fragments de pellicule et morceaux d’amande ayant une taille inférieure (résultant en l’obtention de deux fractions de particules de taille différente). En particulier, on peut effectuer au moins un tamisage à l’aide d’un tamis de maillage compris entre 500 µm et 8 mm, de préférence entre 1 et 6 mm, par exemple entre 2 et 5 mm. Les particules peuvent être soumises à plusieurs tamisages de maillage différent, de manière à obtenir plusieurs fractions de particules (comprenant des fragments de pellicules et morceaux d’amande) de tailles différentes. Par exemple, les particules d’une taille supérieure à 5 mm peuvent être séparées des particules ayant une taille entre 2 et 5 mm qui elles-mêmes peuvent être séparées des particules d’une taille inférieure à 2 mm.

Les particules contenant les fragments de pellicule et les morceaux d’amande, de préférence au moins une des fractions obtenues après tamisage, plus préférentiellement chaque fraction obtenue par tamisage, peuvent être séparées par séparation aéraulique. Les fragments de pellicule (plus légers) sont entrainés par le flux d’air tandis que les morceaux d’amandes (plus lourds) seront collectés à une autre extrémité du dispositif. Le flux de gaz (de préférence d’air) appliqué vaut de préférence de 1500 à 3500 m³/h, de préférence encore de 2000 à 3000 m³/h.

Optionnellement, lorsque la matière végétale est une graine de céréale, le procédé peut comprendre une étape d’ébarbage (ou retrait de barbes) de la graine, effectuée par exemple par abrasion, plus particulièrement au moyen d’un ébarbeur, cette étape étant de préférence réalisée avant le dépelliculage.

La matière végétale, optionnellement dépelliculée, optionnellement sous forme de morceaux, est soumise à une étape de micronisation et une fraction micronisée est collectée. De manière particulièrement avantageuse, la micronisation est une micronisation par voie sèche.

Par «micronisation», on entend un broyage permettant l’obtention de particules de diamètre médian en volume inférieur à 100 µm, de préférence inférieur à 50 µm, de préférence encore inférieur à 30 µm. Le diamètre médian en volume (D50) des particules peut être mesurée selon la norme NF ISO 13320-1.

La micronisation peut être effectuée par tout broyeur adapté (notamment, tout broyeur utilisant des forces mécaniques d’abrasion, de compression, d’impact ou de cisaillement). Par exemple, on peut utiliser un broyeur utilisant la force d’impact.

La micronisation est de manière très préférée effectuée à température ambiante (soit entre 15 et 30 °C).

La micronisation est de manière préférée effectuée à une vitesse du broyeur de 2000 à 3000 rpm, de préférence encore de 2500 à 3000 rpm.

La micronisation présente l’avantage supplémentaire d’être peu émettrice de gaz à effet de serre, celle-ci étant de préférence effectuée à température ambiante et par voie sèche.

Le procédé selon l’invention comprend une étape de purification de la fraction micronisée. Avantageusement, cette purification comprend une étape de séparation des granules d’amidon des protéines.

A l’issu de la purification, une fraction enrichie en amidon (et appauvrie en protéine) est collectée. On récupère aussi de préférence une fraction enrichie en protéine (et appauvrie en amidon). Par «fraction enrichie en amidon», on entend une fraction dans laquelle le rapport des proportions molaires amidon / protéine (sur matière sèche) est supérieur à celui de la fraction soumise à la purification. Par «fraction enrichie en protéine», on entend une fraction dans laquelle le rapport des proportions molaires protéine / amidon (sur matière sèche) est supérieur à celui de la fraction soumise à la purification.

Compte tenu de la différence de taille entre les protéines et les granules d’amidon (D50 d’environ 1 à 5 µm pour les protéines et d’environ 10 à 30 µm pour les granules d’amidon) et de densité, on peut avantageusement utiliser une séparation basée sur une différence de taille, de densité ou de poids des particules. De manière très préférée, la séparation est une séparation aéraulique. Par «séparation aéraulique», on entend toute technologie de séparation utilisant un jet de gaz (de préférence d’air) entrainant au moins une partie des particules à séparer. De manière plus préférée, la séparation est une séparation cyclonique. Elle peut être effectuée au moyen d’un cyclone, avantageusement associé à au moins un sélecteur, plus avantageusement au moins deux sélecteurs. Par «sélecteur», on entend tout élément rotatif à vitesse variable et équipé d’un cylindre parcouru de fentes installé dans une partie (de préférence la partie supérieure) d’un séparateur cyclonique. Cet équipement permet d’augmenter l’efficacité de séparation des particules en fonction de leur densité. L’utilisation d’un appareil de séparation aéraulique permet la récupération des particules les plus légères, entrainées par le flux de gaz (de préférence d’air), à une extrémité de l’appareil (fraction enrichie en protéine) tandis que les particules plus lourdes sont collectées à une autre extrémité (fraction enrichie en amidon). De préférence, lesdites particules les plus légères sont entrainées par un flux de gaz vertical vers le haut de l’appareil, et lesdites particules plus lourdes, non entrainées par le flux de gaz, tombent vers le bas du flux de gaz vertical.

La séparation aéraulique est de manière préférée effectuée à l’aide d’un sélecteur fonctionnant à une vitesse de rotation entre 1000 et 3000 rpm, de préférence encore entre 1500 et 2000 rpm. Le flux de gaz (de préférence d’air) passant dans le sélecteur a de manière préférée un débit entre 4000 et 6000 m³/h, de préférence encore entre 5000 et 5500 m³/h. De manière préféré, le sélecteur est suivi d’un deuxième sélecteur fonctionnant de préférence à une vitesse de rotation entre 2500 et 4500 rpm, de préférence encore entre 3000 et 3500 rpm. Le débit du flux de gaz (de préférence d’air) du deuxième sélecteur est de préférence entre 2500 et 5000 m³/h et de préférence entre 3500 et 4000 m³/h. Lorsque la séparation aéraulique est effectuée à l’aide de plusieurs sélecteurs successifs, les fractions enrichie en protéines et enrichie en amidon selon l’invention sont les fractions telles que séparées par le dernier sélecteur.

Lors de la séparation aéraulique, les composants autres que l’amidon et que les protéines, tels que les fibres, les matières grasses et les cendres, ont tendance à être entrainés dans la fraction enrichie en protéine plutôt que dans la fraction enrichie en amidon, cette tendance étant encore plus nette en ce qui concerne les fibres. La fraction enrichie en amidon se retrouve donc purifiée d’une partie de ces composants. Cela est accompli grâce à la réalisation, préalablement à la séparation aéraulique, de l’étape de micronisation, qui permet de favoriser le passage des fibres et cendres vers la fraction enrichie en protéine. En effet, la mise en œuvre d’un broyage plus grossier à la place de la micronisation conduirait à une séparation très imparfaite des protéines, amidon, fibres, et cendres lors de la séparation aéraulique et donc à l’obtention d’une fraction enrichie en amidon beaucoup moins purifiée des fibres et cendres.

L’avantage de cette voie d’obtention des fractions, par micronisation puis séparation aéraulique, est d’être faible émettrice en gaz à effet de serre et de ne pas utiliser d’eau. De plus, elle permet d’obtenir une fraction (enrichie en amidon) appauvrie en fibres, et dans une moindre mesure en sels et en matière grasse. Par voie de conséquence, la pureté en protéine de la fraction enrichie en protéine (comprenant ainsi des fibres, matières grasses et sels) ne peut généralement pas dépasser 60 à 65% sur matière sèche.

Ainsi, le procédé selon l’invention présente l’avantage, par rapport à un procédé de production d’une fraction protéique basé sur la récupération de la fraction enrichie en protéine, comme décrit dans l’article de Pelgromet al.mentionné ci-dessus, de permettre l’obtention d’une teneur en protéine plus élevée. En outre, la fraction enrichie en protéine comprend l’inconvénient supplémentaire de ne correspondre qu’à une faible portion de la totalité de la fraction micronisée (typiquement de 25 à 30 % en volume), une partie des protéines étant récupérée dans la fraction enrichie en amidon.

La fraction enrichie en amidon représente avantageusement de 60 à 80 % en volume, de préférence de 70 à 75 % en volume du volume de la fraction micronisée obtenue à l’issue de l’étape de micronisation.

De préférence, la fraction enrichie en amidon comprend une quantité de glucides assimilables supérieure ou égale à 40 % en poids, de préférence une quantité de 40 à 90 % en poids, de préférence encore de 50 à 80 % en poids, plus préférentiellement de 60 à 80 % en poids (par rapport au poids total de matière sèche de la fraction). En particulier, la quantité de glucides assimilables dans la fraction enrichie en amidon récupérée peut comprendre de 40 à 50 % en poids, ou de 50 à 60 % en poids, ou de 60 à 65 % en poids, ou de 65 à 70 % en poids, ou de 70 à 75 % en poids, ou de 75 à 80 % en poids, ou de 80 à 90 % en poids, par rapport au poids total de matière sèche de la fraction. Par «glucides assimilables», on entend l’ensemble du glucose et des oligosaccharide et polysaccharides qui sont des polymères de glucoses liés par des liaisons α(1-4) ou α(1-6), y compris l’amidon et les dextrines.

De préférence, la fraction enrichie en amidon comprend une quantité de protéine inférieure ou égale à 30 % en poids, de préférence une quantité de 0,5 à 30 % en poids, de préférence encore de 3 à 20 % en poids, plus préférentiellement de 5 à 15 % en poids (par rapport au poids total de matière sèche de la fraction). Dans des modes de réalisation, la quantité de protéine dans la fraction enrichie en amidon récupérée peut valoir, par rapport au poids total de matière sèche de la fraction, de 0,5 à 3 % en poids, ou de 3 à 5 % en poids, ou de 5 à 7 % en poids, ou de 7 à 10 % en poids, ou de 10 à 12 % en poids, ou de 12 à 15 % en poids, ou de 15 à 20 % en poids, ou de 20 à 30 % en poids.

De préférence, la fraction enrichie en amidon comprend une quantité de fibre inférieure ou égale à 10 % en poids, de préférence une quantité de 0,5 à 10 % en poids, de préférence encore de 1 à 6 % en poids, par rapport au poids total de matière sèche de la fraction ; en particulier la fraction peut comprendre une quantité de fibre de 0,5 à 2 % en poids, ou de 2 à 4 % en poids, ou de 4 à 6 % en poids, ou de 6 à 8 % en poids, ou de 8 à 10 % en poids, par rapport au poids total de matière sèche de la fraction.

De préférence, la fraction enrichie en amidon collectée comprend une quantité de matière grasse (lipides) inférieure ou égale à 5 % en poids, de préférence une quantité de 0,5 à 5 % en poids, de préférence encore de 0,5 à 3 % en poids, par rapport au poids total de matière sèche de la fraction ; en particulier la fraction peut comprendre une quantité de matière grasse de 0,5 à 1 % en poids, ou de 1 à 2 % en poids, ou de 2 à 3 % en poids, ou de 3 à 4 % en poids, ou de 4 à 5 % en poids, par rapport au poids total de matière sèche de la fraction.

Les quantités de protéine, glucide assimilable, matière grasse et fibre peuvent être déterminées comme indiqué ci-dessous dans la section Exemples.

De manière très avantageuse, la fraction enrichie en amidon est ensuite mélangée à un liquide aqueux pour former un substrat liquide, plus particulièrement un fluide comprenant de l’amidon ou fluide d’amidon. Le liquide aqueux est de préférence de l’eau. Le fluide d’amidon est de préférence sous forme d’une dispersion, de préférence encore il s’agit d’un lait d’amidon. Par «lait d’amidon», on entend une suspension d’amidon dans l’eau (ladite suspension pouvant comprendre d’autres composants, solubilisés dans l’eau ou pas).

Dans le présent texte, on désigne par «substrat liquide» le milieu obtenu par mélange de la fraction enrichie en amidon avec le liquide aqueux ainsi que le substrat obtenu suite à tout traitement ultérieur du milieu jusqu’à l’étape de fermentation (en particulier, les traitements de dextrinisation, gélatinisation, saccharification ou de manière plus générale hydrolyse, comme décrits ci-après).

De préférence, le substrat liquide (le fluide d’amidon, de préférence le lait d’amidon) comprend une teneur en matière sèche de 10 à 50 % en poids, de préférence de 20 à 40 % en poids, plus préférentiellement de 25 à 35 % en poids, par exemple de 10 à 15 %, ou de 15 à 20 % en poids, ou de 20 à 25 % en poids, ou de 25 à 30 % e en poids, ou de 30 à 35 % en poids, ou de 35 à 40 % en poids, ou de 40 à 45 % en poids, ou de 45 à 50 % en poids.

Le procédé selon l’invention comprend une étape d’hydrolyse de l’amidon (appelée aussi étape de liquéfaction) du substrat liquide. On obtient à l’issu de l’hydrolyse un substrat hydrolysé. Avantageusement l’hydrolyse de l’amidon comprend une ou plusieurs étapes parmi les étapes de dextrinisation, gélatinisation et saccharification, décrites plus de détails ci-dessous. De préférence, l’hydrolyse comprend au moins une étape de dextrinisation, au moins une étape de gélatinisation et au moins une étape de saccharification.

De manière très avantageuse, au moins une enzyme est introduite dans le substrat liquide (de préférence, dans le fluide d’amidon ou dans le substrat gélatinisé comme décrit ci-après). L’enzyme est de préférence une saccharidase, et plus particulièrement une α-amylase. De manière très préférée, l’enzyme est thermostable, en particulier à des températures de 55 à 130°C. La quantité d’enzyme ajoutée est de préférence de 0,5 à 3 kg d’enzyme par tonne de matière sèche de glucides assimilables, de préférence encore de 1,0 à 2,5 kg d’enzyme par tonne de glucides assimilables La quantité de glucides assimilables peut être mesurée comme indiqué dans la section Exemples ci-dessous. Le pH du substrat liquide est de préférence ajusté à un pH entre 3,5 et 6,5, plus particulièrement entre 4,0 et 6,0. Cette gamme de pH permet une efficacité optimale de l’enzyme. Les α-amylases sont des enzymes capables d’hydrolyser l’amidon en dextrines.

Le substrat liquide (de préférence le fluide d’amidon) est de préférence soumis à une étape de gélatinisation de l’amidon. Cette étape a pour but de provoquer l’éclatement des granules d’amidon afin de libérer les molécules d’amidon dans le liquide, de manière à permettre l’action des enzymes (qui, sinon, n’ont pas accès aux molécules d’amidon qui sont enfermées dans des granules). L’éclatement des granules d’amidon est de préférence réalisé au moyen d’un chauffage du substrat liquide (de préférence du fluide d’amidon) à une température permettant l’introduction de liquide dans le granule, causant ainsi le gonflement du granule puis son éclatement. On obtient alors un substrat gélatinisé.

La gélatinisation peut être effectuée par tout type de chauffage.

La gélatinisation est avantageusement effectuée par mélange de vapeur d’eau avec substrat liquide (de préférence, le fluide d’amidon). De préférence encore, le mélange de vapeur d’eau avec le substrat liquide est effectué à l’aide d’un dispositif d’injection directe de vapeur.

De préférence, le substrat liquide (de préférence, le fluide d’amidon) est chauffé (de préférence par mélange avec la vapeur d’eau) à une température (appelée dans le présent texte température de gélatinisation) valant de 50 à 130 °C, de préférence de 50 à 100°C.

De manière particulièrement avantageuse, la gélatinisation est effectuée par mélange d’un flux de vapeur d’eau avec un flux du substrat liquide (de préférence du fluide d’amidon). Par «flux», on entend un fluide (gaz ou liquide) en mouvement.

Le mélange des flux est plus préférentiellement opéré en continu, c’est-à-dire que l’introduction d’au moins un fluide à mélanger, et de préférence des deux fluides, dans le mélangeur est effectuée au moins en partie simultanément à la décharge du mélangeur dudit mélange.

Le mélange de vapeur d’eau avec le substrat liquide (de préférence, le fluide d’amidon) sous forme de flux permet une montée en température du substrat liquide très rapide, voire quasi-instantanée. Par rapport à l’utilisation de cuves (de généralement 300 à 500 m³, pour un temps de résidence de 1 à 2h) munies de cannes d’injection de vapeur, le mélange des fluides sous forme de flux en mode continu permet un chauffage plus rapide, une réduction de la consommation de vapeur, et une réduction de la consommation d’énergie. On estime que l’émission de gaz à effet de serre peut être réduite d’environ 40 %. Par conséquent, la mise en œuvre de l’étape de gélatinisation par mélange en continu de la vapeur d’eau avec le substrat liquide sous forme de flux permet une réduction encore plus importante des émissions de gaz à effet de serre du procédé.

De manière particulièrement préférée, la gélatinisation est effectuée à l’aide d’un dispositif d’injection directe de vapeur en mode continu, de préférence encore d’un dispositif «jet-cooker» (ou «cuiseur»).

Toutefois, dans d’autres modes de réalisation, la gélatinisation peut être effectuée dans une cuve ou tout autre réacteur, notamment à l’aide de cannes d’injection de vapeur, ou de tout autre dispositif d’injection de vapeur adapté. Dans ces modes de réalisation, la gélatinisation peut durer de 15 min à 3h, de préférence de 20 min à 2h.

Le substrat gélatinisé peut être utilisé en tant que substrat de fermentation, éventuellement après un ou plusieurs traitements supplémentaires.

Le substrat liquide, de préférence gélatinisé, de préférence non refroidi, comprenant les saccharidases, de préférence les α-amylases, peut être soumis à une étape de dextrinisation, par exemple après avoir été introduit dans une cuve, dans laquelle le substrat est maintenu dans son contenant pendant une certaine durée. La durée de la dextrinisation est de préférence de 0,5 à 4h. Cette étape permet à l’enzyme contenu dans le substrat liquide de continuer à hydrolyser l’amidon. Avantageusement, la dextrinisation est réalisée jusqu’à obtenir un dextrose équivalent (DE) de 4 à 14. Le DE est un indicateur d’hydrolyse de l’amidon. A DE = 0, l’amidon est intact. A DE = 100, l’amidon est totalement transformé en glucose. La méthode utilisée pour la mesure du DE est la méthode Lane-Eynon. On obtient alors un substrat dit «dextrinisé».

Le substrat dextrinisé peut être utilisé en tant que substrat de fermentation, éventuellement après un ou plusieurs traitements supplémentaires.

Le procédé selon l’invention peut en particulier comprendre une étape d’introduction d’au moins une enzyme dans le substrat liquide (en particulier, dans le fluide d’amidon, dans le substrat gélatinisé ou dans le substrat dextrinisé), de préférence choisie dans le groupe constitué des glucosidases. Cette étape est appelée «saccharification» et permet l’hydrolyse des dextrines en glucose. Dans le présent texte, le terme «saccharification» est utilisée pour désigner tout processus d’hydrolyse des dextrines en glucose, quel que soit le degré d’hydrolyse atteint ; l’étape de saccharification peut également être appelée «pré-saccharification» lorsque l’hydrolyse n’est pas complète ou quasi-complète.

Préalablement à l’introduction des enzymes, le substrat liquide peut être introduit dans une cuve.

La ou les enzymes introduites sont de préférence choisies dans le groupe constitué des α-1,4-glucosidases, des amylo-α-1,6-glucosidases et des mélanges de celles-ci. De manière plus préférées, au moins 2 enzymes sont introduites dans le substrat liquide, de préférence encore au moins une α-1,4-glucosidase et une amylo-α-1,6-glucosidase sont introduites dans le substrat liquide. L’α-1,4-glucosidase hydrolyse les liaisons α-(1,4) impliquées dans les chaines linéaires de glucose des dextrines ; l’enzyme amylo-α-1,6-glucosidase (appelée également «enzyme débranchante») hydrolyse les liaisons impliquées dans les ramifications des chaines. Avantageusement, le pH est ajusté à une valeur de 3,5 à 5,0, de préférence de 4,0 à 4,5. La température du milieu est de préférence fixée entre 50 et 70°C, de préférence entre 55 et 65°C. Ces conditions permettent un fonctionnement optimal des enzymes. La quantité d’enzymes introduites peut être de 0,5 à 3,0 kg par tonne de glucides assimilables

De préférence, pour effectuer la saccharification, le substrat liquide comprenant les glucosidases est maintenu dans son contenant pendant une certaine durée. De préférence, la durée de la saccharification vaut de 0,5 à 6h, de préférence de 0,5 à 2h (dans ces modes de réalisation, cette étape est plus particulièrement qualifiée de «pré-saccharification»).

Dans des modes de réalisation, la dextrinisation et la saccharification peuvent être simultanées (au moins en partie).

On obtient un substrat enrichi en glucose, utilisable en tant que substrat de fermentation, tel quel ou après d’éventuels traitements supplémentaires, par exemple de purification, en particulier de filtration et/ou de déminéralisation. Par «milieu enrichi en glucose», on entend un milieu dans lequel la concentration en glucose est supérieure à celle du substrat avant la saccharification.

De préférence, lorsque le substrat subi une étape de pré-saccharification de 0,5 à 6h, il n’est pas soumis à une purification ultérieure.

Le substrat hydrolysé peut être utilisée en tant que substrat de fermentation.

Avantageusement, la préparation du substrat de fermentation telle que décrite ci-dessus génère une émission de gaz à effet de serre inférieure à 100 kg de CO₂équivalent pétrole (CO₂eq) par tonne de matière végétale utilisée, de préférence inférieure à 60 kg de CO₂eq par tonne de matière végétale utilisée, plus préférentiellement inférieure à 40 kg de CO₂eq par tonne de matière végétale utilisée.

Le substrat hydrolysé comprend avantageusement une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

une quantité de protéine, par rapport au poids total de matière sèche du substrat, de 5 à 25 % en poids, de préférence de 15 à 20 % en poids, par exemple de 5 à 10 % en poids, ou de 10 à 15 % en poids, ou de 15 à 20 % en poids, ou de 20 à 25 % en poids ;
une quantité de glucide assimilable, par rapport au poids total de matière sèche du substrat, de 40 à 80 % en poids, de préférence de 60 à 75 % en poids, par exemple de 40 à 50 % en poids, ou de 50 à 60 % en poids, ou de 60 à 70 % en poids, ou de 70 à 80 % en poids ;
une quantité de matière grasse (lipides), par rapport au poids total de matière sèche du substrat, de 0,5 à 5 % en poids, de préférence de 0,5 à 3 % en poids, par exemple de 0,5 à 1 % en poids, ou de 1 à 2 % en poids, ou de 2 à 3 % en poids, ou de 3 à 4 % en poids, ou de 4 à 5 % en poids ;
une quantité de fibre, par rapport au poids total de matière sèche du substrat, de 2 à 10 % en poids, de préférence de 3 à 6 % en poids, par exemple de 2 à 4 % en poids, ou de 4 à 6 % en poids, ou de 6 à 8 % en poids, ou de 8 à 10 % en poids.

Les quantités de protéine, glucide assimilable, matière grasse et fibre peuvent être déterminée comme indiqué ci-dessus.

Selon l’invention, le substrat liquide est mis en contact avec au moins une enzyme dite «déviscosifiante», de préférence au moins deux enzymes déviscosifiantes. Par «enzymes déviscosifiantes», on entend des enzymes hydrolases capables d’hydrolyser les fibres insolubles dans l’eau. De préférence, les enzymes dévicosifiantes selon l’invention sont choisies dans le groupe constitué des glucanases, de préférence des bêta-glucanases, des xylanases et des combinaisons de celles-ci. De manière particulièrement préférée, le substrat liquide est mis en contact avec au moins une glucanase, de préférence au moins une bêta-glucanase, et avec au moins une xylanase. L‘action de ces enzymes est d’hydrolyser les fibres insolubles dans l’eau afin de les rendre solubles dans l’eau. La quantité d’enzyme dévicosifiante introduite dans le substrat liquide peut être de 0,5 à 4,0 kg par tonne de matière sèche (du substrat liquide). De préférence, on introduit au moins une glucanase dans une quantité de 0,5 à 2,0 kg par tonne de matière sèche et/ou (de préférence et) au moins une xylanase dans une quantité de 0,5 à 2,0 kg par tonne de matière sèche.

L’introduction de la ou des enzymes déviscosifiantes, ou de chacune d’elles indépendamment, dans le substrat peut avoir lieu à n’importe quelle étape du procédé selon l’invention après formation du substrat liquide jusqu’à l’étape de fermentation. Ainsi, l’introduction de ces enzymes peut avoir lieu après une ou plusieurs des étapes suivantes : formation du substrat liquide, hydrolyse, dextrinisation, gélatinisation, saccharification, introduction des amylases, introduction des glucosidases. De préférence, les enzymes déviscosifiantes sont introduites avant l’étape de gélatinisation, notamment après la formation du substrat liquide (du fluide d’amidon) ou après l’introduction des saccharidases (de préférences, α-amylases).

Le procédé selon l’invention comprend une étape de fermentation du substrat liquide (de préférence du substrat hydrolysé). Plus particulièrement, cette étape de fermentation comprend la mise en contact du substrat liquide avec au moins un microorganisme. Le microorganisme est de préférence choisi dans le groupe constitué des levures, des bactéries et des combinaisons de ceux-ci. Plus préférentiellement, le substrat liquide est mis en contact avec au moins une levure, en particulier au moins une levure du genreSaccharomyces, par exemple une levureSaccharomyces cerevisiaeet/ou une levureSaccharomyces bayanus. Les microorganismes capables de fermenter le glucose sont connus de l’homme du métier. De préférence, le microorganisme, de préférence la levure, est ajouté en une quantité de 1 à 5 kg par tonne de matière sèche de substrat liquide.

Dans des modes de réalisation, le microorganisme est mis en contact avec, en tant que substrat de fermentation, un substrat enrichi en glucose (c’est-à-dire ayant subi l’étape de saccharification) tel que décrit ci-dessus. Pour cela, de préférence, le substrat est introduit dans une cuve et le microorganisme est ajouté dans la cuve. De manière préférée, le substrat a été refroidi à une température de 20 à 40°C, plus préférentiellement de 25 à 35°C, encore plus préférentiellement de 26 à 32°C préalablement à sa mise en contact avec le microorganisme. De préférence, le pH est maintenu à une valeur de 3,5 à 5,0, de préférence de 4,0 à 4,5, pendant l’étape de fermentation.

Dans d’autres modes de réalisation, le microorganisme, de préférence une ou plusieurs levures, est mis en contact avec, en tant que substrat de fermentation, un substrat dextrinisé tel que décrit ci-dessus. De préférence, le substrat dextrinisé est préalablement refroidi à une température de 20 à 40°C, de préférence encore de 25 à 35°C, plus préférentiellement de 26 à 32°C. De préférence, le substrat est mis en contact avec le microorganisme et avec au moins une enzyme, plus préférentiellement au moins deux enzymes, de préférence choisie(s) dans le groupe constitué des glucosidases. De manière particulièrement préférée, le substrat est mis en contact avec le microorganisme et avec au moins une α-1,4-glucosidase et une amylo-α-1,6-glucosidase. Cette étape est appelée «étape de propagation». De manière avantageuse, le substrat est introduit dans une cuve et le microorganisme et les enzymes sont ajoutés dans la cuve. Les quantités d’enzyme et le pH sont avantageusement tels que décrits ci-dessus en relation avec l’étape de saccharification. Dans ces modes de réalisation, l’hydrolyse des dextrines et la fermentation sont en partie effectuées simultanément.

Dans d’autres modes de réalisation, le microorganisme, de préférence une ou plusieurs levures, est mis en contact avec, en tant que substrat de fermentation, un substrat gélatinisé tel que décrit ci-dessus. De préférence, le substrat gélatinisé est préalablement refroidi à une température de 20 à 40°C, de préférence encore de 25 à 35°C, plus préférentiellement de 26 à 32°C. De préférence, le substrat est mis en contact avec le microorganisme et avec au moins une enzyme, de préférence plusieurs enzymes, plus préférentiellement au moins une enzyme choisie parmi les saccharidases, de préférence les α-amylases, et au moins une enzyme, plus préférentiellement au moins deux enzymes, choisie(s) dans le groupe constitué des glucosidases. De manière particulièrement préférée, le substrat est mis en contact avec le microorganisme et avec au moins une α-amylase, une α-1,4-glucosidase et une amylo-α-1,6-glucosidase. De manière avantageuse, le substrat est introduit dans une cuve et le microorganisme et les enzymes sont ajoutés dans la cuve. Les quantités d’enzyme et le pH sont avantageusement tels que décrits ci-dessus en relation avec les étapes de dextrinisation et saccharification. Dans ces modes de réalisation, l’hydrolyse de l’amidon et la fermentation sont en partie effectuées simultanément. Cela présente l’avantage de limiter le temps de résidence du milieu à haute température, et ainsi de limiter le risque de formation de molécules indésirables.

Le procédé selon l’invention peut en particulier comprendre après la formation du substrat liquide les étapes suivantes, dans cet ordre : introduction des saccharidases (de préférence α-amylases), introduction des enzymes déviscosifiantes, gélatinisation, dextrinisation, introduction des glucosidases, saccharification, introduction des microorganismes et fermentation ; ou les étapes suivantes, dans cet ordre : introduction des saccharidases (de préférence α-amylases), introduction des enzymes déviscosifiantes, gélatinisation, introduction des glucosidases, dextrinisation et saccharification simultanées, introduction des microorganismes et fermentation ; ou les étapes suivantes, dans cet ordre : introduction des enzymes déviscosifiantes, gélatinisation, introduction des saccharidases (de préférence α-amylases) et des glucosidases, introduction des microorganismes et fermentation.

La mise en contact du substrat de fermentation avec le ou les microorganismes résulte avantageusement en l’obtention d’un produit de fermentation. De préférence, le produit de fermentation comprend, ou consiste en, au moins un alcool, et de préférence comprend, ou est, l’éthanol.

De préférence, la fermentation est effectuée pendant une durée de 36 à 70h, de préférence de 40 à 60h. De manière avantageuse, à l’issue de la fermentation, la totalité des sucres simples (glucose et maltose) ont été convertis en alcool et CO₂. Avantageusement, le degré d’alcool obtenu se situe entre 8 et 17°, de préférence entre 10 et 15° (correspondant à une quantité d’alcool de 8 à 17 % (v/v), de préférence de 10 à 15 % (v/v)).

A l’issu de la fermentation, on obtient un milieu fermenté.

Le procédé selon l’invention comprend une étape de distillation du milieu fermenté. La distillation peut être mise en œuvre au moyen de tout dispositif de distillation adapté. En particulier, on peut avantageusement utiliser une colonne de distillation, plus particulièrement une colonne contenant des anneaux de Raschig en métal. La colonne est de préférence surmontée d’un condenseur. De préférence, un tuyau de sortie équipé d’un diaphragme dont le diamètre d’ouverture est variable relie la colonne et le condenseur. Les vapeurs passant au-delà du diaphragme sont alors condensées au moyen du condenseur.

La distillation d’un milieu fermenté pour récupérer les alcools produits lors d’une fermentation est connue de l’homme du métier. Le milieu fermenté est chauffé jusqu’à une température d’ébullition du produit de fermentation qui devient gazeux, puis qui est récupéré par condensation. De préférence, le milieu fermenté est chauffé à une température de 80 à 100°C. Un exemple de procédé de distillation est comme suit. A l’ébullition, les vapeurs d’alcool atteignent le diaphragme qui dans un premier temps est fermé. Les vapeurs sont donc condensées au moyen du condenseur supérieur pour retomber vers le bas de la colonne. Pendant cette phase il y a un échange liquide/vapeur sur toute la hauteur de la colonne contenant les anneaux de Raschig, ce qui permet une purification des vapeurs d’alcool en haut de la colonne de distillation. Lorsque les échanges liquide/vapeur sont équilibrés, la température des vapeurs d’alcool au niveau du diaphragme est d’environ 78°C. Le diaphragme est alors ouvert à un diamètre qui permet le maintien de la température des vapeurs d’alcool à environ 78°C.

A l’issu de la distillation, sont collectés un distillat comprenant le produit de fermentation, de préférence l’alcool, plus préférentiellement l’éthanol, et un résidu de distillation (appelé aussi vinasse).

De manière préférée, la distillation est effectuée jusqu’à ce que la totalité, ou la quasi-totalité, de l’alcool a été distillé, c’est-à-dire que le degré d’alcool dans le résidu de distillation est inférieur ou égal à 2°, de préférence inférieur ou égal à 1°, plus préférentiellement d’environ 0°.

Le procédé selon l’invention permet l’obtention d’un résidu de distillation contenant une quantité de fibres insolubles dans l’eau faible.

Le procédé selon l’invention comprend ensuite une étape de séparation solide-liquide. De préférence, la séparation solide-liquide est choisie parmi les séparations par centrifugation, les séparations par filtration, tel que les filtrations membranaires et/ou les filtrations sur tambour rotatif, les séparations par décantation et les combinaisons de celles-ci. La séparation solide-liquide peut comprendre une ou plusieurs des étapes de séparation susmentionnées. La séparation solide-liquide conduit à l’obtention d’une fraction solide et d’une fraction liquide. Les composés insolubles dans l’eau sont ainsi séparés des composés solubles dans l’eau, qui sont contenus dans la fraction liquide. En particulier, les fibres non solubles ont été hydrolysées, notamment pendant la fermentation, à l’aide des enzymes déviscosifiantes telles que les glucanases et xylanases, les transformant en composés solubles qui seront transférés dans la phase liquide et donc éliminés lors de la séparation solide-liquide.

La fraction solide est collectée. La fraction solide comprend de préférence une teneur en matière sèche d’au moins 20 % en poids, de préférence d’au moins 25 % en poids. La fraction solide peut être soumise à une étape de séchage. La fraction solide, éventuellement séchée, correspond à un isolat de protéines.

De manière avantageuse, l’isolat de protéines produit par le procédé selon l’invention comprend :

une quantité de protéine, par rapport au poids total de matière sèche de l’isolat, de 75 à 95 % en poids, de préférence de 75 à 90 % en poids, plus préférentiellement de 75 à 85 % en poids, encore plus préférentiellement de 78 à 85 % en poids, par exemple de 75 à 80 % en poids, ou de 80 à 85 % en poids, ou de 85 à 90 % en poids, ou de 90 à 95 % en poids ; et/ou
une quantité de glucide assimilable, par rapport au poids total de matière sèche de l’isolat, de 1 à 10 % en poids, de préférence de 2 à 8 % en poids, plus préférentiellement de 3 à 7 % en poids, encore plus préférentiellement de 4 à 6 % en poids, par exemple de 1 à 3 % en poids, ou de 3 à 6 % en poids, ou de 6 à 8 % en poids, ou de 8 à 10 % en poids ; et/ou
une quantité de matière grasse (lipides), par rapport au poids total de matière sèche de l’isolat, de 0,5 à 5 % en poids, de préférence de 0,5 à 4,5 % en poids, plus préférentiellement de 0,5 à 3,5 % en poids, par exemple de 0,5 à 2 % en poids, ou de 2 à 3 % en poids, ou de 3 à 4 % en poids, ou de 4 à 5 % en poids ; et/ou
une quantité de fibre, par rapport au poids total de matière sèche de l’isolat, de 2 à 10 % en poids, de préférence de 3 à 6 % en poids, par exemple de 2 à 4 % en poids, ou de 4 à 6 % en poids, ou de 6 à 8 % en poids, ou de 8 à 10 % en poids.

L’invention concerne également un isolat de protéines obtenu par, ou susceptible d’être obtenu par, un procédé de préparation tel que décrit ci-dessus. L’isolat de protéines peut être tel que décrit ci-dessus.

Exemples

Les exemples suivants illustrent l’invention sans la limiter.

Dans les exemples, les méthodes d’analyse et de mesure suivantes ont été utilisées :

Mesure de la quantité de protéines : méthode Kjeldahl à l’aide d’un titrateur FOSS selon la norme ISO 5983-2 ;
Mesure de la quantité de lipides : méthode AOAC 922.06 ;
Quantité de glucides assimilables : déterminée par calcul de la différence entre le poids total du produit et la somme des poids des protéines, des matières grasses, des fibres totales, de l’eau et des cendres ;
Mesure de la quantité de cendres : méthode selon la norme NF EN ISO 2171 ;
Teneur en eau (ou « humidité ») : obtenue par la différence entre le poids total initial de l’échantillon et l’extrait sec mesuré selon la méthode ISO 6731 ;
Mesure de la quantité de fibres totales : selon la méthode AOAC 2011.25 ;
Mesure du degré d’alcool : à l’aide d’un densimètre.

Exemple 1 : Production d’un isolat de protéines à partir d’une farine de pois

300 kg de pois sont dépelliculés au moyen d’un broyeur à cylindres PEDT 600 de chez STOLZ (écartement des cylindres à 4,5 mm) et 30 kg de pellicules sont séparées des amandes au moyen d’un tamiseur SNST 550 de chez STOLZ équipé d’un tamis de 5 mm et d’un tamis de 2 mm, et d’un séparateur aéraulique SEPAIR 400 de chez STOLZ (avec un débit de flux d’air à 2600 m³/h).

270 kg d’amandes sont broyés dans un broyeur ZPS 500 de chez Alpine – Hosokawa utilisé à une vitesse de 2650 rpm, afin d’obtenir une farine de pois micronisée ayant un diamètre médian en volume (D50) des particules inférieur ou égal à 30 μm. Cette farine est envoyée dans un séparateur aéraulique utilisant deux sélecteurs successifs : un premier sélecteur ZPS 500 de Alpine – Hosokawa fonctionnant à une vitesse de rotation de 1600 rpm et avec un débit de flux d’air de 5300 m³/h, et un second sélecteur ATP 315 de Alpine – Hosokawa fonctionnant à une vitesse de rotation de 3400 rpm et avec un débit de flux d’air de 3600 m³/h, afin de séparer la fraction enrichie en protéine dont le poids est de 70 kg, de la fraction enrichie en amidon dont le poids est de 200 kg. Lors de la séparation aéraulique, les particules légères ayant un D50 de 1 à 5 μm sont entrainées vers le haut du cyclone tandis que les particules plus lourdes, ayant un D50 de 10 à 30 μm, sont entrainées vers le bas.

200 kg de la fraction enrichie en amidon sont mélangés à 600 litres d’eau potable dans un réacteur ISTILL 1000 d’une capacité de 1000 litres. Le réacteur est équipé d’une colonne de distillation, d’une résistance électrique pour le chauffage du milieu et d’un radiateur alimenté en eau froide pour le refroidissement du milieu.

La composition de la fraction enrichie en amidon est indiquée dans le tableau 1 ci-dessous (en pourcentage massique).

Humidité	11,1 %
Protéines	12,2 %
Matières grasses	0,8 %
Glucides assimilables	70,5 %
Fibres	3,6 %
Cendres	1,8 %

Le pH du mélange est ajusté à 4,5 à l’aide d’acide sulfurique. Afin de solubiliser par hydrolyse les fibres, une bêta-glucanase (Optimash® TBG commercialisée par IFF) et une xylanase (Viscamyl^TMflow commercialisée par IFF) sont ajoutées dans des quantités de 0,6 g/kg de matière sèche du mélange pour la bêta-glucanase et de 0,6 g/kg de matière sèche du mélange pour la xylanase.

Le mélange est chauffé jusqu’à atteindre une température de 65°C au moyen d’une résistance électrique et cette température est maintenue pendant 30 minutes. Le mélange est ensuite refroidi à 32°C. Une alpha-amylase (alpha-amylase LPHERA® commercialisée par NOVOZYMES) est introduite dans le milieu en une quantité de 2,7 g/kg de glucides assimilables. Dans le même temps, un mélange de glucosidases (mélange Optidex® commercialisé par IFF, contenant un mélange d’une α-1,4-glucosidases et d’une amylo-α-1,6-glucosidase) est introduit dans le milieu en une quantité de 2,7 g/kg de glucides assimilables.

Une levure de typeSaccharomyces bayanusest introduite en une quantité de 3,5 g/kg de matière sèche du mélange. 0,15 mL d’antimousse à base d’huile végétale sont ajoutés par litre de milieu réactionnel.

Le milieu est ensuite refroidi jusqu’à atteindre la température de 25°C.

La fermentation est effectuée par maintien du milieu à 25°C pendant 60 heures avec ajustement du pH au moyen de soude caustique afin qu’il reste entre 4,0 et 4,5. Le milieu réactionnel est faiblement agité afin de favoriser un fonctionnement des levures en mode anaérobie. Le degré d’alcool (notamment, éthanol) obtenu au bout des 60 heures de fermentation est de 10,2 % v/v. Le milieu est ensuite chauffé jusqu’à sa température d’ébullition afin de distiller l’ensemble de l’alcool produit pendant la fermentation.

Après la distillation, le résidu de distillation ou «vinasse» est centrifugé à 4500 tours/min. La partie insoluble (appelée aussi fraction solide) est récupérée après avoir retiré le surnageant et est introduite dans un sécheur à tambour sous vide. La température de séchage est de 40°C.

La composition du produit obtenu est indiquée dans le tableau 2 ci-dessous, en pourcentage sur matière sèche.

Protéines	80,2 %
Glucides assimilables	5,4 %
Matières grasses	3,6 %
Fibres totales	8,9 %
Cendres	1,9 %

On constate qu’un isolat de protéines comprenant une teneur en protéines très élevée a été obtenu.

Exemple 2 : Production d’un isolat de protéines selon d’autres paramètres

130 kg de fraction enrichie en amidon obtenu par dépelliculage, micronisation et séparation aéraulique comme décrit dans l’exemple 1 sont mélangées à 500 litres d’eau potable dans un réacteur ISTILL 1000 d’une capacité de 1000 litres. Le réacteur est équipé d’une colonne de distillation, d’une résistance électrique pour le chauffage du milieu et d’un radiateur alimenté en eau froide pour le refroidissement du milieu.

La fraction enrichie en amidon est telle que décrite dans l’exemple 1 et sa composition est celle indiquée dans le tableau 1 ci-dessus.

Le pH du mélange est ajusté à 4,5 au moyen d’acide sulfurique avant ajout d’une alpha-amylase acide (alpha-amylase LPHERA® commercialisée par NOVOZYMES) en une quantité de 3,9 g/kg de glucides assimilables. Afin de solubiliser (par hydrolyse) les fibres, une bêta-glucanase et une xylanase sont ajoutées dans des quantités de 1,1 g/kg de matières sèches du mélange pour la bêta-glucanase et de 1,1 g/kg de matières sèches du mélange pour la xylanase.

Le mélange est chauffé jusqu’à atteindre une température de 65°C et cette température est maintenue pendant 30 minutes. Le mélange est ensuite refroidi à 60°C. Un mélange de glucosidases (mélange Optidex® commercialisé par IFF) est ensuite introduit dans le milieu en une quantité de 1,1 g/kg de glucose assimilable et un maintien en température d’une heure est effectué.

A la suite de ce temps de résidence, le milieu est refroidi jusqu’à la température de 30°C. Une levure de typeSaccharomyces cerevisiaeest introduite en une quantité de 1,4 g/kg de matière sèche du mélange. 20 mL d’antimousse à base d’huile végétale sont ajoutés au milieu.

La fermentation est effectuée par maintien du milieu à 30°C pendant 60 heures avec ajustement du pH au moyen de soude caustique afin qu’il reste entre 4,0 et 4,5. Le degré d’alcool (notamment, éthanol) obtenu au bout des 60 heures de fermentation est de 10,9 % v/v. Le milieu est ensuite chauffé jusqu’à sa température d’ébullition afin de distiller l’ensemble de l’alcool produit pendant la fermentation.

Après la distillation, le résidu de distillation ou «vinasse» a la composition suivante :

Protéines	53,0 %
Glucides assimilables	9,7 %
Matières grasses	3,3 %
Fibres totales	31,8 %
Cendres	2,2 %

Le résidu de distillation est ensuite centrifugé à 4500 tours/min. La partie insoluble (appelée aussi fraction solide) est récupérée après avoir retiré le surnageant et introduite dans un sécheur à tambour sous vide. La température de séchage est de 40°C.

La composition du produit est indiquée dans le tableau 3 ci-dessous en pourcentage sur matière sèche.

Protéines	80,8 %
Glucides assimilables	5,1 %
Matières grasses	2,9 %
Fibres totales	9,1 %
Cendres	2,1 %

Le profil de distribution de poids moléculaire des protéines du produit est analysé par perméamétrie et est indiqué dans le tableau 4 ci-dessous (en pourcentage massique). Environ 90 % en poids des protéines ont un poids moléculaire supérieur à 1000 kD et 68 % en poids des protéines ont même un poids moléculaire supérieur à 5000 kD. Le degré d’hydrolyse est donc faible, indiquant une faible hydrolyse des protéines en peptides ou acides aminés.

>10 000 kD	33,0 %
5 000 – 10 000 kD	35,0 %
3 000 – 5 000 kD	13,0 %
1 000 – 3 000 kD	8,3 %
500 – 1 000 kD	1,9 %
< 500 kD	8,8 %

Claims

Procédé de préparation d’un isolat de protéines, comprenant les étapes suivantes :
la fourniture d’au moins une graine comprenant de l’amidon et des protéines ;

la micronisation de ladite au moins une graine, de manière à obtenir une fraction micronisée ;

le traitement de la fraction micronisée par séparation aéraulique, de manière à collecter une fraction enrichie en amidon ;

le mélange de la fraction enrichie en amidon avec un liquide aqueux, de manière à former un substrat liquide ;

l’hydrolyse de l’amidon dans le substrat liquide, de manière à obtenir un substrat hydrolysé ;

la mise en contact du substrat liquide ou du substrat hydrolysé avec au moins une enzyme choisie dans le groupe constitué des xylanases, des glucanases et des combinaisons de celles-ci ;

la fermentation du substrat hydrolysé, de manière à obtenir un milieu fermenté ;

la distillation du milieu fermenté, de manière à collecter un distillat et un résidu de distillation ;

le traitement du résidu de distillation par une séparation solide-liquide, de manière à obtenir une fraction liquide et une fraction solide ;

la collecte de la fraction solide.
Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’au moins une graine est choisie dans le groupe constitué des graines de légumineuse, de préférence choisie dans le groupe constitué des haricots, des pois, des fèves, des lentilles, des pois chiches, des lupins, des féveroles et des mélanges de celles-ci ; des graines de céréale, de préférence choisie dans le groupe constitué de l’avoine, de l’orge, du blé, du maïs et des mélanges de celles-ci ; et des combinaisons de celles-ci.
Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’hydrolyse de l’amidon comprend la mise en contact du substrat liquide avec au moins une enzyme choisie dans le groupe constitué des saccharidases, de préférence au moins une α-amylase.
Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel l’hydrolyse de l’amidon comprend la gélatinisation du substrat liquide, de manière à obtenir un substrat gélatinisé, de préférence par chauffage dudit substrat liquide, plus préférentiellement le chauffage étant effectué par mélange de vapeur d’eau avec le substrat liquide.
Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’au moins une graine comprend une pellicule, et dans lequel le procédé comprend une étape de dépelliculage de la graine, préalablement à la micronisation.
Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’hydrolyse de l’amidon comprend une étape de mise en contact du substrat liquide avec au moins une enzyme choisie dans le groupe constitué des glucosidases, de préférence d’au moins deux enzymes choisies dans le groupe constitué des glucosidases, plus préférentiellement d’au moins une α-1,4-glucosidase et une amylo-α-1,6-glucosidase.
Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le substrat liquide ou le substrat hydrolysé est mis en contact avec au moins une xylanase et au moins une glucanase, de préférence au moins une bêta-glucanase.
Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la séparation aéraulique de la fraction micronisée est effectuée au moyen d’un cyclone avec sélecteur.
Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la séparation solide-liquide est choisie parmi les séparations par centrifugation, par filtration, par décantation et les combinaisons de celles-ci.
Procédé selon l’une des revendications 1 à 9, comprenant, pour effectuer la fermentation, la mise en contact du substrat liquide ou du substrat hydrolysé avec au moins un microorganisme, de préférence choisi dans le groupe constitué des levures, des bactéries et des combinaisons de ceux-ci, plus préférentiellement l’au moins un microorganisme est au moins une levure.
Procédé selon l’une des revendications 1 à 10, comprenant une étape de séchage de la fraction solide.
Procédé selon l’une des revendications 1 à 11, comprenant la production d’un produit de fermentation lors de la fermentation, ledit produit de fermentation étant choisi parmi les alcools, et étant de préférence l’éthanol.