Optimisation du processus de séchage sous vide des polyphénols, des flavanols et des analyses de piégeage des radicaux DPPH dans les coques de cabosses et les coques de fèves de cacao

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13900 (2023) Citer cet article

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L'objectif de cette étude était d'optimiser différentes conditions de séchage sous vide pour les coques de cabosses de cacao et les coques de fèves de cacao afin de valoriser ces sous-produits pour des applications commerciales. Pour réaliser l'optimisation, la méthodologie de surface de réponse a été appliquée à l'aide d'un plan expérimental Box – Behnken avec 15 expériences pour lesquelles différentes conditions de température (X1), de temps de séchage (X2) et de pression de vide (X3) ont été établies. Les variables de réponse étaient la teneur en polyphénols totaux, la teneur en flavanols et l'activité radicalaire évaluée dans les extraits des différentes expériences. La température (50 à 70 °C), le temps de séchage (3 à 12 h) et la pression du vide (50 à 150 mbar) ont été considérés comme des variables indépendantes. Les principaux facteurs affectant les variables de réponse étaient la température, suivie de la pression du vide. Pour la teneur en polyphénols, les valeurs de réponse optimales prédites pour la coque des cabosses de cacao étaient de 11,17 mg GAE/g avec une limite de confiance (95 %) de 9,05 à 13,28 mg GAE/g (conditions optimales : 65 °C, 8 h et 75 mbar), tandis que pour les coques de fèves de cacao, le cacao était de 29,61 mg GAE/g avec une limite de confiance (95%) de 26,95 à 32,26 mg GAE/g (conditions optimales : 50 °C, 5 h et 100 mbar). Par conséquent, les résultats de cette étude suggèrent une teneur élevée en composés phénoliques obtenus à partir de ces sous-produits qui se révèlent pertinents en tant qu'ingrédients fonctionnels pour une application dans les industries alimentaire, nutraceutique et cosméceutique.

Le cacao (Theobroma cacao L.) est une ressource végétale d'une grande importance économique pour les principales régions productrices du monde. Les éclats, la liqueur, la poudre de cacao et le beurre de cacao sont obtenus lors de la transformation primaire, tandis que les sous-produits obtenus lors du prétraitement et de la transformation sont les coques de cabosses de cacao et les coques de fèves de cacao1, 2. La production estimée de fèves de cacao (2020/2021) selon l'Organisation Internationale du Cacao (ICCO), elle est d'environ 5 240 milliers de tonnes3. De cette production, seulement un dixième sera utilisé pour la production de liqueur, de beurre, de tourteaux ou de poudre de cacao, tandis que le reste de la biomasse (80 à 90%) est rejeté comme sous-produit (notamment les coques de cabosses de cacao, les coques de fèves de cacao, mucilage et placenta)4. Les coques de fèves de cacao générées lors du processus de torréfaction représentent entre 10 et 17 % du poids total de la fève de cacao5. La valorisation des sous-produits du cacao dans la perspective de l’économie circulaire est essentielle pour promouvoir la chaîne de valeur et atténuer les impacts environnementaux. Dans ce contexte, la promotion de modèles innovants utilisant la coque des cabosses de cacao et la coque des fèves de cacao pour la production de composants bioactifs (glucides, fibres alimentaires, protéines, polysaccharides, polyphénols, minéraux, etc.), ainsi que dans l'application dans les produits alimentaires à haute valeur ajoutée (boissons, chocolats, confitures, huiles, charcuteries, etc.), et pour la production de biocarburants (biochar, bioéthanol, biogaz, bio-huiles, etc.), ils sont très valorisés6,7,8 .

Plusieurs classes de polyphénols ont été identifiées dans les cabosses et les coques de cacao, notamment les procyanidines, les flavanols, les flavonols et les acides phénoliques9, 10. Dans les coques de cacao, les principales classes de polyphénols sont les acides phénoliques, notamment l'acide gluconique, l'acide homovanillique, le glycoside de l'acide vanillique, etc. .dix. Ces composés présents dans les sous-produits du cacao ont montré divers effets biologiques2. Parmi les biofonctionnalités de la coque de cacao, elle est postulée comme agent antibactérien, inhibant l'activité contre Streptococcus mutans11. Rossin et al.12 ont signalé un effet préventif contre les dommages associés à l'intégrité intestinale dus à des réactions oxydatives/inflammatoires. Les résultats de cette étude indiquent que la protection contre les effets indésirables est probablement due à sa teneur élevée en composés phénoliques. Plusieurs auteurs ont rapporté que les extraits de coques et de cabosses de cacao avaient une activité antioxydante in vitro grâce aux dosages DPPH (2,2-diphényl-1-picrylhydrazyl), ABTS (2,2ʹ-azino-di-(3-éthylbenzothiazoline)) -6-sulfonique acide) et FRAP (pouvoir antioxydant réducteur ferrique)13, 14. De plus, les polyphénols de coque de cacao sont capables d'inhiber la production d'espèces réactives de l'oxygène, protégeant les cellules du stress oxydatif par induction de peroxyde d'hydrogène dans les cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine14. Dans la littérature scientifique, l'utilisation de sous-produits du cacao obtenus lors de la pré-traitement (cousse de cacao) et de la transformation (coque de cacao) a été rapportée. L’approche d’utilisation de ces sous-produits repose sur le renforcement de la chaîne de valeur et l’utilisation de ses composants bioactifs comme ingrédients d’aliments fonctionnels, de nutraceutiques et de cosméceutiques15. Un processus antérieur pour la récupération des composants bioactifs est la stabilisation des matières premières à travers différentes conditions de séchage telles que le séchage au soleil, le séchage au four à air pulsé, le séchage sous vide, le séchage infrarouge, le séchage par micro-ondes, etc.13. Les méthodes de séchage des sous-produits présentent à la fois des avantages et des inconvénients pendant le processus de séchage. L'élimination de l'eau des matrices alimentaires est un processus complexe qui affecte considérablement la teneur en composants bioactifs, les nutriments et les propriétés sensorielles, en particulier la forme, la couleur, l'arôme et la consistance des produits déshydratés16, 17. Parmi la plupart des méthodes de séchage, le séchage à l'air pulsé est largement connue et largement utilisée comme méthode peu coûteuse pour la production industrielle d’aliments déshydratés à partir de fruits, légumes, graines, noix et amandes18. De plus, l’utilisation de technologies conventionnelles lors du séchage a un impact négatif sur le rendement global et affecte la qualité du produit fini19. D'un autre côté, le séchage sous vide est considéré comme une technologie alternative par rapport aux méthodes conventionnelles qui utilisent des températures plus élevées. Le séchage sous vide pourrait donc favoriser la conservation des composants bioactifs présents dans les aliments20. Par exemple, l’impact du processus de séchage sur les anthocyanes et les phénols incolores présents dans les sous-produits de vinification est très variable, comparé à la lyophilisation, qui est moins drastique pour les anthocyanes et les phénols incolores21. Cependant, les procédés de lyophilisation ne sont pas très rentables pour l’industrie agroalimentaire en raison des délais longs et des coûts de traitement élevés22. Par exemple, les résultats du séchage sous vide de betterave à 50 °C et 150 mbar sur les propriétés fonctionnelles étaient comparables à ceux de la lyophilisation22.