Compréhension et modélisation des transitions de phase de l'amidon et des protéines lors de l'opération de trempage-cuisson des légumineuses pour piloter la digestibilité des protéines

Lefevre Charlotte. 2022. Compréhension et modélisation des transitions de phase de l'amidon et des protéines lors de l'opération de trempage-cuisson des légumineuses pour piloter la digestibilité des protéines. Montpellier : Université de Montpellier, 206 p. Thèse de doctorat : Biochimie et physicochimie alimentaires : Université de Montpellier

Titre anglais : Understanding and modeling of the phase transitions of starch and proteins during the soaking-cooking of pulses to predict the protein digestibility

Encadrement : Bohuon, Philippe

Résumé : Les légumineuses possèdent d'importantes qualités nutritionnelles liées à leur forte teneur en protéines et en amidon. Elles participent à une alimentation durable, saine et abordable. Lors de la transformation des légumineuses par les opérations de trempage et de cuisson, le comportement et la qualité finale des légumineuses dépendent essentiellement des transferts d'eau. Ces transferts d'eau sont gouvernés par de multiples évènements thermiques liés à l'amidon (gélatinisation, fusion) et aux protéines (dénaturation), qui modifient l'affinité de l'eau à ces macromolécules. Ces travaux de recherche ont pour objectifs i) de mieux comprendre les processus physicochimiques et les transferts d'eau engagés lors de la cuisson des légumineuses ; et ii) d'identifier les voies d'amélioration de la digestibilité de protéines, réputée nettement plus faible que celle des protéines animales. Trois légumineuses (lentille verte, pois chiche, haricot blanc) aux caractéristiques distinctes ont été sélectionnées. Elles ont été broyées pour obtenir des farines, puis turbo-séparées pour récupérer des farines enrichies en amidon (pureté > 92 % bs) et en protéines−fibres (pureté > 60 % bs). Ces farines ont été équilibrées sur une large gamme de teneur en eau (0.2 à 4.0 kg/kg bs) et analysées par calorimétrie différentielle à balayage (DSC). Un traitement numérique d'ajustement Gaussien du signal DSC a été développé. Cette désommation a permis de caractériser les changements d'état de l'amidon (gélatinisation et fusion) et des protéines (dénaturation de la viciline et de la légumine), puis de modéliser des diagrammes de phase binaires eau/amidon et eau/protéines−fibres. Les résultats révèlent une fusion de l'amidon même en excès d'eau. Les diagrammes de phase eau/amidon issus des trois légumineuses sont similaires, contrairement aux diagrammes de phase eau/protéines−fibres. L'agrégation des diagrammes de phase eau/amidon et eau/protéines−fibres par ajustement a permis de représenter le comportement du système ternaire eau/amidon/protéines−fibres et de proposer une répartition de l'eau entre l'amidon et les protéines−fibres. Par exemple pour le pois chiche et le haricot, la quantité d'eau attribuée à l'amidon passe de moins de 10 % de l'eau totale à 35−45 % en fin de cuisson. Les mesures de biodisponibilité in vitro des protéines ont révélé le faible degré de liberté du procédé de trempage−cuisson pour accroitre la digestibilité des protéines de seulement 4 %. Les résultats de ces travaux ont été utilisés pour modéliser les états d'équilibre eau/amidon/protéines−fibres et faciliteront la représentation de modèles dynamiques de transfert d'eau lors des opérations de trempage et de cuisson des légumineuses.

Résumé (autre langue) : Pulses have important nutritional qualities thanks to their high protein and starch contents. They contribute to a low carbon, healthy and affordable diet. During the processing of legumes by soaking and cooking operations, the behavior and final quality of legumes mainly depend on water transfers. These water transfers are governed by multiple thermal events related to starch (gelatinization, melting) and proteins (denaturation), which modify the affinity of water for these macromolecules. The objectives of this research are i) to better understand the physicochemical processes and the water transfers involved in the cooking of legumes; ii) to identify some ways of improving the protein digestibility, which is considered to be much lower than that from animal proteins. Three legumes (green lentil, chickpea, navy bean) with distinct characteristics were selected. These legumes were milled to get flours and turbo-separated to obtain starch-enriched flour (purity > 92 % db) and protein/fiber-enriched flour (purity > 60 % db). These flours were equilibrated over a wide range of moisture content (0.2 to 4.0 kg/kg bs) and analyzed by differential scanning calorimetry (DSC). A Gaussian fitting of the DSC signal was developed. This desummation made it possible to characterize the phase transitions related to gelatinization and melting of starch and to denaturation of both vicilin and legumin. A modeling of the binary phase diagrams water/starch and water/protein−fiber was developed. The results showed that starch undergoes melting even in excess water. The water/starch phase diagrams from the three pulses are similar, unlike the water/protein−fiber phase diagrams. The aggregation of the phase diagrams water/starch and water/protein−fiber by fitting enabled to represent the behavior of the ternary system water/starch/protein−fiber and to propose a repartition of the water between starch and protein−fiber. For example, for chickpea and bean, the amount of water attributed to starch increases from less than 10 % of the total water to 35−45 % at the end of cooking. Measurements of in vitro protein digestibility revealed the low degree of freedom of the soaking−cooking process to increase protein digestibility by only 4 %. The results of this work were used to model the water/starch/protein−fiber equilibrium states. It will facilitate the representation of dynamic models of water transfer during the soaking and cooking of legumes.

Agences de financement hors UE : Université de Montpellier

Auteurs et affiliations

• Lefevre Charlotte, CIRAD-PERSYST-UMR Qualisud (FRA) ORCID: 0000-0003-2237-0259

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/608477/)

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