Eco-circular production of demineralised antibacterial, antifungal and antioxidant peptides from bovine haemoglobin by electrodialysis with bipolar membranes: feasibility study, enzymatic mechanism, optimisation of parameters, comparison with conventional hydrolysis and prevention of clogging. | Production éco-circulaire de peptides antibactériens, antifongiques et antioxydants déminéralisés à partir d'hémoglobine bovine par électrodialyse avec membranes bipolaires : étude de faisabilité, mécanisme enzymatique, optimisation des paramètres, comparaison avec l'hydrolyse conventionnelle et prévention du colmatage

英语. Bovine cruor, a waste product from slaughterhouses, is produced in very large quantities throughout the world. This by-product is composed mainly of haemoglobin, a protein rich in bioactive peptides after enzymatic hydrolysis. However, during conventional pepsin hydrolysis, chemical agents are required to adjust and regulate the pH of the solution, and the final hydrolysates produced contain high levels of mineral salts. To overcome these drawbacks, it was proposed in this study to apply, for the first time, a green technology, called electrodialysis with bipolar membrane (EDMB), as an alternative method to conventional enzymatic hydrolysis of haemoglobin in order to obtain purified bioactive peptides. The objectives of this thesis were to test the feasibility of this new process for the production of bioactive peptides from bovine haemoglobin, to establish the optimum conditions, to avoid membrane clogging and to apply a new original 'multi-step' EDMB process enabling the production of demineralised bioactive peptides without the addition of chemicals. Bipolar/monopolar configurations (anionic or cationic) using H+ and OH- ions generated by bipolar membranes to regulate pH were studied and compared with a conventional process using chemical acids and bases. The EDMB configuration formed with the cationic membranes produced hydrolysates containing a low concentration of mineral salts but with the presence of clogging on the cationic membrane, while the EDMB configuration using anionic membranes produced hydrolysates without clogging but with a salt concentration similar to that of conventional hydrolysis (control). Based on these results, a new 3-compartment EDMB configuration was set up and studied to simultaneously denature haemoglobin, inactivate the enzymatic reaction and demineralise the peptide hydrolysate to 85%. However, clogging was still observed on the anion membrane due to heme precipitation. For this reason, an additional decolourisation step was carried out before demineralisation to avoid clogging using electro-generated acid. The decolourised and demineralised peptides recovered showed antioxidant activity, antibacterial activity against several bacterial strains (Gram + and Gram -) and, for the first time, antifungal activity against numerous mould and yeast strains. In a circular economy context, this sustainable technology would prove effective in carrying out several operations simultaneously and has significant industrial potential for blood hydrolysis, since it produces purified bio-peptides with a low mineral salt content that can be used as natural preservatives on meat.

法语. Le cruor bovin, déchet des abattoirs est produit en très grande quantité dans le monde. Ce coproduit est composé principalement d'hémoglobine, une protéine riche en peptides bioactifs après son hydrolyse enzymatique. Cependant, lors de l'hydrolyse conventionnelle par la pepsine, des agents chimiques sont nécessaires pour ajuster et réguler le pH de la solution et, les hydrolysats finaux produits contiennent des niveaux élevés en sels minéraux. Pour pallier ces inconvénients, il a été proposé d'appliquer dans cette étude, pour la première fois, une technologie verte, appelée électrodialyse avec membrane bipolaire (EDMB), comme méthode alternative à l'hydrolyse enzymatique conventionnelle de l'hémoglobine afin d’obtenir des peptides bioactifs purifiés. Les objectifs de cette thèse étaient de tester la faisabilité de ce nouveau procédé pour la production de peptides bioactifs à partir d'hémoglobine bovine, d'établir les conditions optimales, d'éviter le colmatage membranaire et d'appliquer un nouveau procédé original d’EDMB à « multiple-étapes » permettant la production de peptides bioactifs déminéralisés sans ajout de produits chimiques. Des configurations bipolaires/monopolaires (anioniques ou cationiques) utilisant les ions H+ et OH- générés par les membranes bipolaires pour réguler le pH ont été étudiées et comparées à un procédé conventionnel utilisant des acides et des bases chimiques. La configuration d’EDMB formée avec les membranes cationiques a permis la production d'hydrolysats contenant une faible concentration en sels minéraux mais avec la présence d’un colmatage sur la membrane cationique, alors que la configuration d’EDMB utilisant des membranes anioniques a permis la production d'hydrolysats sans colmatage mais avec une concentration en sel similaire à celle de l’hydrolyse conventionnelle (contrôle). En se basant sur ces résultats, une nouvelle configuration d’EDMB à 3 compartiments a été mise en place et étudiée pour dénaturer l'hémoglobine, inactiver la réaction enzymatique et déminéraliser à 85% l'hydrolysat peptidique en simultané. Cependant, un colmatage a encore été observé sur la membrane anionique en raison de la précipitation de l'hème. Pour cette raison, une étape supplémentaire de décoloration a été réalisée avant la déminéralisation pour éviter le colmatage en utilisant l'acide électro-généré. Les peptides décolorés et déminéralisés récupérés ont montré une activité antioxydante, une activité antibactérienne contre plusieurs souches bactériennes (Gram + et Gram -) et pour la première fois une activité antifongique contre de nombreuses souches de moisissures et de levures. Dans un contexte d’économie circulaire, cette technologie durable s'avèrerait efficace pour effectuer plusieurs opérations simultanément et présente un potentiel important au niveau industriel pour l'hydrolyse du sang, puisqu'elle produit des bio-peptides purifiés ayant une faible teneur en sels minéraux et pouvant être utilisés comme conservateurs naturels sur la viande.