twin-screw extrusion technology, an original solution for the extraction of proteins from alfalfa...

32
Open Archive TOULOUSE Archive Ouverte (OATAO) OATAO is an open access repository that collects the work of Toulouse researchers and makes it freely available over the web where possible. This is an author-deposited version published in : http://oatao.univ-toulouse.fr/ Eprints ID : 11952 To cite this version : Evon, Philippe and Colas, Dorothée and Pontalier, Pierre-Yves and Rigal, Luc The twin-screw extrusion technology, an original solution for the extraction of proteins from sunflower and alfalfa. (2010) In: 101st AOCS Annual Meeting & Expo, 16 May 2010 - 19 May 2010 (Phoenix, Arizona, United States) Any correspondance concerning this service should be sent to the repository administrator: staff-oatao@listes-diff.inp-toulouse.fr

Upload: inp-toulouse

Post on 11-Nov-2023

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Open Archive TOULOUSE Archive Ouverte (OATAO) OATAO is an open access repository that collects the work of Toulouse researchers and makes it freely available over the web where possible.

This is an author-deposited version published in : http://oatao.univ-toulouse.fr/ Eprints ID : 11952

To cite this version : Evon, Philippe and Colas, Dorothée and Pontalier, Pierre-Yves and Rigal, Luc The twin-screw extrusion technology, an original solution for the extraction of proteins from sunflower and alfalfa. (2010) In: 101st AOCS Annual Meeting & Expo, 16 May 2010 - 19 May 2010 (Phoenix, Arizona, United States)

Any correspondance concerning this service should be sent to the repository

administrator: [email protected]

The twin-screw extrusion technology, an original solution

for the extraction of proteins from sunflower and alfalfa

Ph. Evon*, 1, 2

, D. Colas1, 2

, P.Y. Pontalier1, 2

, L. Rigal1, 2

1 Université de Toulouse; INP; LCA (Laboratoire de Chimie Agro-industrielle);

ENSIACET, 4 Allée Emile Monso, 31432 Toulouse Cedex 4, France

2 INRA; LCA (Laboratoire de Chimie Agro-industrielle); 31432 Toulouse Cedex 4, France

Keywords: Twin-screw extrusion, Protein extraction, Sunflower, Alfalfa.

Twin-screw extrusion has been used for the protein extraction from sunflower and alfalfa.

Thermo-mechanical fractionation and aqueous extraction are conducted simultaneously to

collect separately a liquid extract and a solid raffinate.

From sunflower whole plant, squeezing in the reversed screws is favored by the fibers

abundance in the stalk, and it enables L/S separation. Protein yield is 44%, in the best

conditions, and lipids are partly co-extracted. Water-soluble proteins are in an aqueous extract

and in two O/W emulsions due to their surface-active properties. Hence, the oil is co-

extracted in the form of emulsions stabilized by proteins at interface.

Proteins can be collected in the aqueous extract by isoelectric precipitation. Emulsions are

usable for oil production. Their demulsification with ethanol produces a precipitate rich in

proteins with low denaturation level.

From alfalfa whole plant, the highest protein yield in the aqueous extract (called green

juice) is 25% when water is added in the extruder. Water-soluble and water-insoluble green

juice proteins can be fractionated thanks to L/L extraction in sunflower oil and ammonium

sulfate precipitation.

Some other molecules are co-extracted (polysaccharides, phenolic compounds). They can

be purified with ultrafiltration or chromatography.

__________

* Corresponding author. Tel.: + 33 (0)5 62 44 60 80; fax: + 33 (0)5 62 44 60 82.

E-mail address: [email protected] (Ph. Evon).

�����

���

�����

���

���

���

��

���

���

�������

��������

�����

������

�����

���

���

��

���

���

�������

��������

�����

������

�����

����

�����

��

����

����

�����

����

��

���

�����

��

���

�����

�����

���

����

���

��

����

����

�����

����

��

���

�����

��

���

�����

�����

��������

����� ���������������������������������

������������ ��������������������������������������������������������

�!��� "�#����� �����$����"�%�&�'()� �������"�%���*�

(��+���������������������������������������������

%�&�'()� �������"�%���*�

������

���������� �*����������,����������������

�-��*�����,���������������������*��

��

����

���������������

������������������

�������

(.�.� ����

���

�*����*���,��*��������������/����*��/�

�-�����.

(.(.������*���*��0��������,��������������

����.

��������������������������

&.�.� ����

���

�*����*���,��*���������,�������,��/���/�����

0����������/����*��/��-�����.

&.(.� ����

���

�*����*���,��*���������,������,��,��/�����0����

������/����*��/��-�����.

�� ����������

� ��������

� ��������

��

����

� �����

������

��

� �����

������

��

������������������

�������

(.�.� ����

���

�*����*���,��*��������������/����*��/�

�-�����.

(.(.������*���*��0��������,��������������

����.

��������������������������

&.�.� ����

���

�*����*���,��*���������,�������,��/���/�����

0����������/����*��/��-�����.

&.(.� ����

���

�*����*���,��*���������,������,��,��/�����0����

������/����*��/��-�����.

�� ����������

� ��������

� ��������

�!

��

"#$

�!

��%

�$

�&

�$

�'$

(#���

�(

���

��������������!�������������"����������������������������"������#�

���������!���������"��������

����!����������������$�%��������������������&

'(������)�����������&

������� ��������

���������� ��������

�������� ��������

'(������"����)������"���������

� ���)

�������

����

��

��

�����

�����

���

�� �*

����

���

�����

���

���

��� ��

���

��������

���

�*�������

����

��

�����

������

���

����

����+�����

*��

���

����

�����

���,� � �

�-"�� ��

����

�������

�-"�

�����

����.

� ������

*���+����/

���

������

��

�������

���

�������

����

� � ��� ����

� ��� ����

�!

��

"#$

�!

��%

�$

�&

�$

�'$

(#���

�(

���

*���+������#��

*���+������#��

,����������"��"��

,����������"��"��

��%������

)������

��%������

)������

��������

�������

��������

�������

�-*��%�������

�-*��%�������

�-*���"������

�-*���"������

��#��

��#��

� �������

� �������

"�

0���

%(

01

��"��

'�2

�3

��(

)���'

$(

#���

�(

���

��%����������!���������������!���

�����������������

������&

'*������

./

'��"���.�$�/

'0��������+����+����)����. /�

��%����������!�%#�����������)���%#����!����+�����)����.1/�

��%����������!�"��������)��������!��������"�����!����!��+�������2

.3/�

./�

0�����

# �4������������������������5!�)���&��%������������������6��������������6��������������������������6������������6����%�

���"�������� �1������2�*�����7��8��������9::�;�

.�/�

�4&

�����

" �$

������

�3

�����

��

# ����2

�����1

��%����������!���������������!���

"�"���������+��$����+�������&���!��������!������

����

!��������2�����0����

��� ����

�*����*��3������

�������������<�=�������#���>13$>3 �9::3;�

.�/�

�4&

�����" ����$

������

�4������

��!��������������2������%����������!�"�"�����������������������+��$����+�������&������������+����"���!��

���������������#������������������������)�������!�������?���"������3��������*� �*������4�56��$@�9�AAA;�

. /�

0��7

�����1

�<���#�������"�����"��%�!����������"��?�6����������!�����������������)��6���"���������������������)�6

����%��������)�$���&�

�)���������B�������6����%�� �1������2�*�����7��8��������9�AA;�

.1/�

$��

��

� ��

�����

���

$ ����3

���

( �����6�6"�����)����������%��������������6���#���6������!!������������

��6������)�����5

"������������

"���6�6��3�����56�)7&�8�&9::@;�

.3/�

0��7

����

2 ����$

����

� � ���������C�������!�)#$"���������!����!��+����������&�������������""����������!�������2�����������������������

���0�����������*���8�@1$�AA�9:::;�

� ��������

� ��������

"�

0���

%(

01

��"��

'�2

�3

��(

)���'

$(

#���

�(

���

��%�������������

��������������!���

�������!�"��������+��������$

��)���������&

'��������������!��+��������2��.>/

' ��������.@/�

� �$�%����������!����!��+��������������!��+���"������������������

�������?�������%���������"����������������!���&

'(����������.:/

'(����"�������2��.A/�

.:/

.A/

.>/�

"��+���

' �$

����

� ��

����

9 ����3

���

( � �����5

�B����5

)����

�B�%������"���6�?����6�6�������"���6�6���"�6"���������3����� ��'))89�&

9:::;�

.@/�

!����

��)

1 �!

��

� ����#

���:

����������������!���

��������!�

�����������"���������������+��$����+��%��������"�����������!�����������%����

-�������!*���*������ �*������4�2�::���$.���*.� �.���/�;��:

9::�;�

.:/�

�+���

1� �2

�����*�����

2 �1

����

�����1

; ����$

������

��������

�%����������!�����!�������!��+���������)#��+��$����+��%��������������������

����?�������%���������"������&�!����)����#�����#�������!��������!��"��������

�������������������������0�����������*��<=�,

>.��1$�1:�9�AA>;�

.A/�

�+���

1� �

2�����*�����

2 �

1����

�����

1 ;

����

$��

���

� �

<?�������%����������!��������������!�������!��+���"�������2�����������+��$

����+��%������&�!����)����#�����#���������������0�����������*��

<?�,

<>

.�

11$ 31�9�AA:;�

� ���!����

� ���!����

��

����

���������������

< �0

���

����

������

���

��

< �0

���

����

������

���

��

����������

��������������������� "������������������#��

��������� "������������������#��������#

����#

�$��%����

�$��%����

(.(.������*���*��0��������,��������������

����.

��������������������������

&.�.� ����

���

�*����*���,��*���������,�������,��/���/�����

0����������/����*��/��-�����.

&.(.� ����

���

�*����*���,��*���������,������,��,��/�����0����

������/����*��/��-�����.

�� ����������

� ��������

� ��������

�@

�$

0�

0�#

@(

��#(

��'

$(

#���

�(

���

���

��@

���

!��

"#$

�!

��%

�$

�&

�$

��%"�����������������������+������ ��%�����= � 1�94�����;���$

"�����������������$����������+��$����+��%������&

'���������)��+���������+������+����!�����������D� 1��

��

'*���+����������D�13��

��

'>����������)��������������9�������������D� A���;�

'<�!������9!�����������

�����;������%���"�������� 5

6

MOTOR

Cak

e

Fil

ter

Ba

rrel

Wate

r

Fil

trate

Axis

an

d s

cre

w p

rofi

le

Feed

in

let

Th

erm

al

ind

ucti

on

Th

erm

al

ind

ucti

on ex

it

71

23

4

*����������

�$

�����)�����

� ���&����

� ���&����

�@

�$

0�

0�#

@(

��#(

��'

$(

#���

�(

���

���

��@

���

!��

"#$

�!

��%

�$

�&

�$

4��+����"����

4��+����"����

����+�

����+�

�<'&

���"�C�����

���)��$������

����+�

#<'&

�����#���

���)��$������

����+�

������

������$$ ����+�

����+�

0(

��8

9���

&0;&

������)�

"�����$����+�

0(

��<

9���

));&

)���)�

"�����$����+�

��������

��������

����+�

����+�

#'<#&

��������"����

���)��$������

����+�

#��+����

���

���

��

,�.

�"�����

��

,��.�$

����

�����

���

��

���������

'����"���

�� �

����

����

��

� ��

(�)%������

���*+��$�

���������"

�� %, �

�������%����

,�.

�"�����

��

,��.�@

�����

��

�����

���

��

-��, ����*+�

��.�������

� ���/����

� ���/����

��

����

���������������

< �0

���

����

������

���

��

< �0

���

����

������

���

��

(.�.� ����

���

�*����*���,��*��������������/����*��/�

�-�����.

����������� ���.��������"���0�1���, ���������

����������� ���.��������"���0�1���, ���������

��������������������������

&.�.� ����

���

�*����*���,��*���������,�������,��/���/�����

0����������/����*��/��-�����.

&.(.� ����

���

�*����*���,��*���������,������,��,��/�����0����

������/����*��/��-�����.

�� ����������

� ���������

� ���������

#@

�0

�#(

��#

�0

1�

"����

���

'��

@��2

�3

��(

)���0

(���$

"

��

����

�����

��

���

�����

����

��

91��

������������;

9���8�������������� 6�6�����4�����;&

@��E��!�������������������F

�3�@E�����!��������$

����G��

8 5

A�&

0��

�����

����

������

��B

A�:E����

�!�!�)������������9�������������������������������$

�����;G�>�AE�����!�"��������������

�(

�����

���

����

����

��

91�������""���"�����;

9<������4�����;&

3��E��!�������������������F

@��E�����!�����

�������G�<

> 6

A�&

0��

�����

����

������

��B

�1� E�

����!�!�)������������9�����������������������������

������;�

� ���������

� ���������

2� �����%�

���%%�*�

������1�

����0�*�

2$�<���4��

���.

��

����

���������������

������������������

�������

(.�.� ����

���

�*����*���,��*��������������/����*��/�

�-�����.

(.(.������*���*��0��������,��������������

����.

> �$

����

��

����

�����

> �$

����

��

����

�����

���������

�������������������� "�������������"����%�" �#��

��������� "�������������"����%�" �#��

#�� �. ���������#��

#�� �. ���������#��������#�$��%����

����#�$��%����

&.(.� ����

���

�*����*���,��*���������,������,��,��/�����0����

������/����*��/��-�����.

�� ����������

� ���������

� ���������

�@

�$

0�

0�#

@(

��#(

��'

$(

#���

�(

���

���

'��

@�

"�

�'��

!�$

�!@

����1

�(

����

���

@���

!��

"#

$�!

��%

�$

�&

�$

� �$�%����������!���������"������������!!�������+����+��������������

!����+�����"�����9@AH �!�������)���������"�������;�

�<!����!�����������������������������"����������������������������

������������"���������������������

���&

#�����

�����

�C

����

����

���D

���

-����

� ��

����

��

��D

���

-����

�����

����

!��,��/���

/����0���

5���

'�����

-��*

+�,,����

��'.7�:�=��

��9.9�:�=��

�('.9�:�=��

�!!<�&#��0�

�!$ �<�)8.9�5

.�=:�

�9.7�:�=��

�<

>

�0�����������������

�%�������!��������)#��������������)��������

�!�!�)��������������!��+�������2�9������@AE;�

�<���%������9!�������;���������!!������9��2���

���;�����"��������

!!<��*��/���������0���"�!$ �<��0�*�,�*��

�*����*��������4.

� ���� ����

� ���� ����

0(

���$

�(""�""0

��

��'

�$

��@

���

@�$

0�

0�#

@(

��#(

�'$

(#���

�(

���

���

'��

@��"

��

'��

!�$

�!@

����1

�(

��

2$�<���4��

���"���<���0���"���<�0������.

!��,��/���/�����0���

��''.'�:���)&.'�:��2$"�

(9.'�:��������).)�:����

#��

���

�91��

��������;

5�����&9(.��:��

�����

��

�������

�����

����

�����

��

%�����

1��

���

������

���

��

��:���

���

��79.��:���>).(�:��2$"

).)�:��������9.'�:����

%��

��(.'�:���#.��:��2$"

'.)�:��������'.>�:����

@��

��

�����

����

�����

���

���

�����

����

�������

��

��/����4���0����*�0����

�('.)�:���&.>�:��2$"

(.��:��������'.>�:����

?4���0����*�0����

��7).)�:���9.(�:��2$"

�.>�:���������.(�:����

?�������4���0����*�0����

�##.&�:�����.#�:��2$"

).'�:���������.)�:����

���"���������%���������������!���

��!��+�����$��$+���������������

�I���#��������13�3E������

����

����

����

���E

> =

A�

&����

� ��������

� ��������

&�"#$

�1

���

���

'��

@��@

;&

$�

1@

�)

�#

�1@

("�"

�*��)����#��!�)�����#���"��)���"�����������������)#�

����"����������������!�����!����!��������������������$

�%��������������������?�������%���������"������&

'����"����"����

'1

����

���,

��*

��

��.��

���

�/���

���

���������9!����"���������������2���������;���������

"�������������9���������������!������"����������2;�

���"�����������#��

�������!���+����#���"��)���"�����

A�@E

A�>E

�5 8

A

>@�1E

8#.�@

J�������#���"��)���"����

��>.>@��,�����

�����,����,������

A��E

��������9E��!���;

��+����#���"��)���"����

�8.7@��,�����

�����,����,������

:��E

7���"�������������9E��!���;

�6 ?

A1

����

���,

A��

��&

0.

1@�1E

��"����9E��!���;

7'.&@

���������9E;

2$�<���4��

���.

J�������#���$

"��)���"����

� ���������

� ���������

(1

1��#(

���

�"��

'��

@��@

;&

$�

1@

�)

�#

�1@

("�"

�J#���"��)���"�������

�#�������""����������!���

�����

�����

�����������!��������&

'(����)����)���������

��2���

'(���������"�����!��������"�����"���&��������������)����������������

����!�������

'(����������

�����!����!�����+�����#���"�������

������

�8�������)������������!���

�����

�������

��)������������������$

��!�������+����������������!!�������

�I����������#�"���������������"����"�������������������

���

����

+���

����

���

6������/

����

����������#���

��������

������=����

��-�����&=��

��'��

��

2���

� 9���

��;

#����

�������

��

9�AAA�K

��1��

����1H ;

6���,���������,������

�����.��������������1

.�������#���

����������0�.��.������

6=

����

� ����!����

� ����!����

&�"#$

�1

���

���

'��

@��@

;&

$�

1@

���#

�1@

("�

�8����#���"������"�����9�?������"����;�����������$

����!���������!������%������9>�E��!�����!�������;�

�����������?�������%�������!�����+

����$����)������$

���������!����+�����"����&

'1

����

���,

��*

��

��.��

���

�/���

���

'��������!����"���������������2����������

'J��������������!������"����������2�

�>�>E

��������

�>E

��������9E��!���;

@��E

7���"�������������9E��!���;

<< <

A1

����

���,

A��

��&

0.

�A�3E

��"����9E��!���;

:>��E

���������9E;

J#���"�����

"����

2$�<���4��

���.

� ���������

� ���������

(1

1��#(

���

�"��

'��

@��@

;&

$�

1@

���#

�1@

("�

�L�����C�������!������#���"������"����������!!������)�������������

������

�����

��

�7���������������+�����)��"���������#��

������

*��

�����

�D�����

� ��

����

���

����+�����)�������"����)�������������!�������"�����������!&

'(

"����������)���������������������9�!��������������������������$

�����"����"�������;�

'(

���

����

��

����

���

����

���

+���

������

��9�!������������������

����������������"����"�������;�

� ����&����

� ����&����

&�"#$

�1

���

���

'��

@��#

(:

��0

�(

��>E

���������������������9E��!���;

5 >

A1

����

��

,A

����

&0

.

��E

��"���9E

��!���;

3��3E

�A�9.'@��,����4����

��������

9E;

�8�����2���

�������!�����������9A1H �� ��;�

����

�2��������������������������9M�1�AE�!���

�����

�����������������!������#���;�

����������

�%������!�����������������!�)�������

���

����

,���

*����.��

�����

����

����

��

��

���

����

���

2$�<���4��

���.

� ����/����

� ����/����

�@

�$

0�

1$

�""��

3��

'��

@��#

(:

��0

�(

�<������%������!�!�)��������

���

����

�������2����������

���������������������������"������

�8����

�$"������������"����������

��������"��������!��������

�$

��!��������

�!�

*��

�����

��*��

�����+���

��

���������

����

��

���

�������������"��������������������"��"����������)�������

���"�����+�����������!�

������

����������������%"����������

����������9������N

�����������)��������C����);�

� ���������

� ���������

,�.

�����

���

����

����

����

������

9"����;

,��.�#

����

�����

,���

����

�.��������4�,�0������

��

����

���������������

������������������

�������

(.�.� ����

���

�*����*���,��*��������������/����*��/�

�-�����.

(.(.������*���*��0��������,��������������

����.

> �$

����

��

����

�����

> �$

����

��

����

�����

&.�.� ����

���

�*����*���,��*���������,�������,��/���/�����

0����������/����*��/��-�����.

���

���������

����������������� "�������������"���� "� "�#�� �

��������� "�������������"���� "� "�#�� �

. ���������#��

. ���������#��������#�$��%���

����#�$��%�����

�� ����������

� ���������

� ���������

�@

�$

0�

0�#

@(

��#(

��'

$(

���

�(

���

���

'��

@��(

�'(

�'(

�!

@�

���1

�(

����

���

@���

!��

"#

$�!

��%

�$

�&

�$

��%����������!�"������������������������9�;�+

�������+�������+�����

�������������9��;�+�������+���������������

�8��������������������������"����������������������������������

���!����������!��+���+�����"�����&

' ������������O����������

'��?���-�������%���������

'��?���-��������"��������

�I"�����������������!�����!��!��"��������%���������9)�����������

�%"����������������;&

'=���������"�������&�1AH �

'0�������������&���>1�!��������������-*�������

� ���������

� ���������

0(

���$

�(""�""0

��

��'

�$

��@

���

@�$

0�

0�#

@(

��#(

��

'$

(#���

�(

���

���

'��

@��(

�'(

�'(

�!@

����1

�(

��

��,��,��/�����0���

��''.'�:���&8.)�:��2$�����7.)�:����

� ���� ����

� ���� ����

#������

��

91����"�����;

%�������������B��*��

�&'#.>�:����9.'�:��2$�����#.8�:����

�����

��

�������

��

������

�����

��

��:���

�����������,���������������

�8�.#�:���(8.'�:��2$�����&.&�:����

5�����&89�:��

�1

����

����

����

���6

< F

A��������������%������

��%��*����������/�����4���0����*������4���0����*�0������

%��*����������/�����4���0����*������4���0����*�0������..

2$�<���4��

���"���<�0������.

�%

(0

1����

'��

@��'

$(

#���

�(

���

���

'��

@��@

;&

$�

1@

�)

�#

�1

$�

����

"��

'��

@��3

$���

��%

�$

(#

0����

����

���

����

������

���

�������

���������

����

��

���

���

I78< 8

0<*J�7,

��P8�I7

$�*��0�����������0����

������0���*��

��+��)''���

+�����������������������

�������������0���*���

?4���0����*

0������

����������

�)'@��,����

0�������

?4���0����*

0������

����������,��

���������'@�

3��

���G

���

��

���������/��B��*�

�&&.)@�2$��,�0������*�����

#����

�������

��

9�1AA����A��

��;

!��,�*���*����������C� /���('

�0��4������

���,�*���

D�����0��*�0���

��&.)@�2$��,�0������*����� ��:���

���

��D

���

-��D���

�� ��

����

��

9������!��+������;

������!������

)���������(

*��!���$�������

�������"���������&�

!�����������#�

���������(

� ��������

� ��������

2$�<���4��

���.

��

����

���������������

������������������

�������

(.�.� ����

���

�*����*���,��*��������������/����*��/�

�-�����.

(.(.������*���*��0��������,��������������

����.

��������������������������

&.�.� ����

���

�*����*���,��*���������,�������,��/���/�����

0����������/����*��/��-�����.

&.(.� ����

���

�*����*���,��*���������,������,��,��/�����0����

������/����*��/��-�����.

E �#

�����

��

E �#

�����

��

� ���������

� ���������

#�

�#

��

"��

�8���!����)����#��!������%���������+

����+

������!�"��������!����

9�;����!��+���+�����"��������9��;���!��!��+�����"��������������$

����������+��$����+��%�������������!���

���

�<?�������%������������������������������������$!������#�

�%���������������?���

�8�����$����������+��$����+��%�������)���������2���������

�$

�������������������

��������?��""���+������!�����������

����������)�������"������#����

�%������9!�������;���������!!������9��2���

���;�

� ����!����

� ����!����

3��

����

�� ��

����

��

"�����

����

E��������

����

5���

'���

���

%�����

��:�

#�

�#

��

"��

�8�������#��""����������������������#��������������������������

�"������������������������"���������������������

���&

12

3

� ���������

� ���������

�8����)�������!��������������������"���������

�#�������""����$

��������)�����!��������������"�������������������!�������������#�

!���

������

�)��������!���

�����

�����

��

����/��

����

���

�����

���

����

��

����/��

����

���

�����

���

����

��

���������� �*����������,����������������

�-��*�����,���������������������*��

�����

���

�����

���

���

���

��

���

���

�������

��������

�����

������

�����

���

���

��

���

���

�������

��������

�����

������

�����

����

�����

��

����

����

�����

����

��

���

�����

��

���

�����

�����

���

����

���

��

����

����

�����

����

��

���

�����

��

���

�����

�����

��������

����� ���������������������������������

������������ ��������������������������������������������������������

�!��� "�#����� �����$����"�%�&�'()� �������"�%���*�

(��+���������������������������������������������

%�&�'()� �������"�%���*�

������

���������� �*����������,����������������

�-��*�����,���������������������*��