Efficience Optimisation de la production d'un extrait protéique de larve de Tenebrio molitor et évaluation de son éco

Optimisation de la production d’un extrait protéique
de larve de Tenebrio molitor et évaluation de son éco-
 efficience

 Mémoire

 Myriam Laroche

 Maîtrise en sciences des aliments - avec mémoire
 Maître ès sciences (M. Sc.)

 Québec, Canada

 © Myriam Laroche, 2022

Optimisation de la production d’un extrait protéique de
 larve de Tenebrio molitor et évaluation de son éco-
 efficience

 Mémoire

 Myriam Laroche

 Maîtrise en sciences des aliments - avec mémoire
 Maître ès sciences (M. Sc.)

 Sous la direction de :

 Dr. Alain Doyen, directeur de recherche
 Dr. Sergey Mikhaylin, codirecteur de recherche

Résumé

 La filière des insectes comestibles, particulièrement du ver de farine Tenebrio molitor,
est en croissance au Québec en lien avec leurs avantages environnementaux et nutritionnels.
Bien que la faible acceptabilité de l’entomophagie représente la problématique majeure de
ce secteur, un des leviers pour inverser cette tendance serait la production de concentrés
protéiques d’insecte (à la suite d’une délipidation et extraction des protéines) afin de les
intégrer à des matrices alimentaires. Actuellement, aucune étude n’est disponible sur l’impact
environnemental lié à la génération de concentrés protéiques de ver de farine. Ainsi, dans ce
projet, une délipidation par solvants suivie d’une extraction des protéines ont été réalisées
afin de produire un concentré protéique de ver de farine et d’en évaluer l’impact
environnemental. Un taux d’extraction lipidique de 86,9 % a été obtenu et quatre méthodes
d’extraction des protéines (une solubilisation au NaOH avec et sans précipitation au HCl et
deux solubilisations au NaOH avec et sans précipitation au HCl) ont ensuite été réalisées en
parallèle sur le résidu délipidé permettant d’obtenir quatre concentrés protéiques dont les
teneurs protéiques varient de 54,7 à 80,0 %. Le potentiel de réchauffement climatique des
quatre concentrés a été calculé selon deux méthodes d’allocation différentes : l’une
considérant tous les co-produits valorisables et l’autre considérant uniquement la matière
grasse et l’extrait protéique valorisable. Selon la méthode d’extraction des protéines choisie
et la méthode d’allocation utilisée, le potentiel de réchauffement climatique d’un concentré
protéique d’insecte variait entre 3 050 et 10 871 kg de CO2 eq. par tonne de concentré. Le
score d’éco-efficience calculé pour les concentrés se situait entre ceux associés aux
concentrés protéiques d’origine végétale et animale confirmant le bénéfice environnemental
de la production de concentrés protéiques à partir de vers de farine malgré les étapes de
transformation nécessaires à leur production.

 ii

Abstract

 The edible insect industry, particularly the mealworm Tenebrio Molitor, is growing in
Québec due to its environmental and nutritional benefits. Although entomophagy's low
acceptability represents this sector's main issue, it was demonstrated that the production of
insect protein concentrates (generated after delipidation and protein extraction) could
improve the consumer acceptability. Currently, no studies are available regarding the
environmental impact of the production of mealworm protein concentrates. Consequently,
this work aimed to produce mealworm protein concentrates by successive steps of
delipidation by solvents followed by protein extraction and evaluate its environmental
impact. A lipid extraction rate of 86.9% was obtained. Four protein extraction methods (one
NaOH solubilization with and without HCl precipitation and two NaOH solubilizations with
and without HCl precipitation) were then performed. The four protein concentrates had
protein content ranging from 54.7 to 80.0%. The global warming potential of these four
concentrates was calculated according to two different allocation methods: one considering
all the valuable co-products and the other considering only the fat and the valuable protein
extract. Depending on the protein extraction method chosen and the allocation method used,
the global warming potential of an insect protein concentrate varied between 3 050 kg and
10 871 kg CO2 eq. per ton of mealworm protein concentrate. The eco-efficiency score
calculated for these concentrates was between those associated with protein concentrates of
plant and animal origin, confirming the environmental benefit of producing mealworm
protein concentrates despite the processing steps required for their production.

 iii

Table des matières

Résumé ............................................................................................................................................................... ii
Abstract............................................................................................................................................................... iii
Table des matières ............................................................................................................................................. iv
Liste des figures .................................................................................................................................................. vi
Liste des tableaux .............................................................................................................................................. vii
Liste des abréviations, sigles, acronymes ........................................................................................................ viii
Remerciements ................................................................................................................................................... ix
Avant-propos .......................................................................................................................................................x
Introduction ......................................................................................................................................................... 1
Chapitre 1 : Revue de littérature ......................................................................................................................... 4
 1.1. Généralités sur l’entomophagie ......................................................................................................... 4
 1.2. Constituants de la matrice d’insectes ................................................................................................ 5
 1.2.1. Les constituants non protéiques ............................................................................................... 5
 1.2.2. Les constituants protéiques ...................................................................................................... 6
 1.3. Les extraits protéiques d’insectes ..................................................................................................... 7
 1.3.1. Étapes de production de l’extrait protéique .............................................................................. 7
 1.3.1.1. Délipidation .......................................................................................................................... 8
 1.3.1.1.1. Délipidation par pressage mécanique ............................................................................ 8
 1.3.1.1.2. Délipidation par l'utilisation de solvants organiques ....................................................... 8
 1.3.1.1.3. Délipidation assistée par l'application de procédés émergents ...................................... 9
 1.3.1.2. Extraction des protéines d’insectes .................................................................................... 11
 1.3.1.3. Précipitation des protéines ................................................................................................. 13
 1.4. L’éco-efficience ............................................................................................................................... 14
 1.4.1. La valeur du produit ................................................................................................................ 15
 1.4.2. L’analyse du cycle de vie ........................................................................................................ 15
 1.4.2.1. Impacts environnementaux associés à l’élevage d’insecte..................................................... 16
Chapitre 2 : Hypothèse et objectifs ................................................................................................................... 19
 2.1. Hypothèse de recherche ....................................................................................................................... 19
 2.2. Objectifs de recherche........................................................................................................................... 19
Chapitre 3: Eco-efficiency of mealworms (Tenebrio molitor) protein extracts ................................................... 20
 3.1. Avant-propos ......................................................................................................................................... 20
 3.2. Résumé ................................................................................................................................................. 20

 iv

3.3. Abstract ................................................................................................................................................. 23
 3.4. Introduction ............................................................................................................................................ 24
 3.5. Materials and methods .......................................................................................................................... 26
 3.5.1. Proximate composition of raw mealworm larvae ............................................................................ 26
 3.5.2. Optimization of lipid extraction from blanched mealworm larvae ................................................... 26
 3.5.3. Protein extraction and purification from defatted mealworm extracts ............................................. 27
 3.5.4. Life cycle assessment .................................................................................................................... 28
 3.5.5. Eco-efficiency calculation ............................................................................................................... 31
 3.5.6. Statistical analysis .......................................................................................................................... 31
 3.6. Results and Discussion ......................................................................................................................... 31
 3.6.1. Optimization of defatting step ......................................................................................................... 31
 3.6.2. Protein extraction rates .................................................................................................................. 33
 3.6.3. Environmental impact assessment................................................................................................. 34
 3.6.4. Eco-efficiency assessment ............................................................................................................. 36
 3.7. Conclusion ............................................................................................................................................. 40
 3.8. Acknowledgments ................................................................................................................................. 41
 3.9. Supplementary materials ....................................................................................................................... 41
Chapitre 4 : Discussion générale ...................................................................................................................... 42
 4.1. Retour sur les résultats.......................................................................................................................... 42
 4.2. Retour sur l’hypothèse........................................................................................................................... 43
 4.3. Retour sur la méthodologie ................................................................................................................... 44
 4.3.1. Retour sur la méthodologie de l’objectif 1 ...................................................................................... 44
 4.3.2. Retour sur la méthodologie de l’objectif 2 ...................................................................................... 44
 4.3.3. Retour sur la méthodologie de l’objectif 3 ...................................................................................... 45
Conclusion et perspectives ............................................................................................................................... 46
Bibliographie ..................................................................................................................................................... 47

 v

Liste des figures
Figure 1. Principales étapes de l’extraction des protéines avec la méthode d’Osborne (Caligiani et al.,
2018).................................................................................................................................................. 13

Figure 2. Contribution de chaque étape de production de farine et d’huile de TM aux différentes
catégories d’impact (CED : demande d’énergie cumulative, CC : changement climatique, AP : potentiel
d’acidification, EP : potentiel d’eutrophisation, LU : utilisation des terres). Tiré intégralement de
Thévenot et al. (Thévenot et al., 2018) .............................................................................................. 18

Figure 3. Experimental design of the production of protein extracts from Tenebrio molitor larvae using
one (PE1) or two (PE2) solubilization steps following by a protein precipitation (PE3 for one
solubilization and PE4 for two solubilizations). P indicates the precipitate and S the supernatant ..... 28

Figure 4. Product system for transformation process (only the steps associated with the generation of
products and by-products were considered) ...................................................................................... 30

Figure 5. Proportional impact (GWP) of different inputs of TM protein extracts. Impacts from water,
wastewater, hexane, ethanol, and waste were not included (˂ 0.5% of GWP).................................. 36

Figure 6. Eco-efficiency of insect protein extracts for scenarios 1 (A) and 2 (B). .............................. 38

Figure 7. Eco-efficiency score of scenarios 1 and 2 for TM protein extracts (green bars) compared to
other protein sources. Eco-efficient scores were calculated using Equation 5 with values obtained from
the literature and summarized in supplementary materials, Table 8. ................................................. 40

 vi

Liste des tableaux
Tableau 1. Rendement d’extraction lipidique de quelques méthodes de délipidation comparativement
à une méthode de référence. ............................................................................................................. 11

Tableau 2. Résultats de diverses méthodes d’extraction des protéines d’insectes. .......................... 14

Tableau 3. Résultats de quelques études ayant calculé le GWP associé à la production d’insecte .. 17

Table 4. Percentage of GWP impacts of each protein extraction step allocated to products and by-
products for scenario 1 ...................................................................................................................... 31

Table 5. Lipid extraction rates (%) as a function of hexane:ethanol ratios and solvent volume. ........ 32

Table 6. Protein and ash contents and protein extraction rates in mealworm protein extracts produced
by alkaline solubilization and precipitation, tested separately (PE1 and PE2) or in combination (PE3
and PE4). ........................................................................................................................................... 34

Table 7. Global warming potential (GWP) impact category of the four protein extracts produced by
delipidation and protein extraction from Tenebrio molitor mealworm. ................................................ 35

Table 8. Data and references used in Figure 7.................................................................................. 41

 vii

Liste des abréviations, sigles, acronymes
ACV : Analyse de cycle de vie
EE : Éco-efficience
FAO : Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture ou en anglais «
Food and Agriculture Organization »
GWP : Potentiel de réchauffement climatique ou en anglais « Global warming potential »
TM : Larve de Ténébrion meunier

 viii

Remerciements

 Je souhaite tout d’abord remercier mon directeur, Dr Alain Doyen qui m’a donné l’opportunité
de réaliser une maitrise sous sa supervision. Il m’a soutenu tout au long du processus tout en me
prodiguant ses précieux conseils. Il n’a cessé de croire en moi ainsi qu’en mon projet en me permettant
d’approfondir mes connaissances scientifiques et de développer mon plein potentiel. Mon co-directeur
de recherche, Dr. Sergey Mikhaylin a été tout autant essentiel à la réalisation de ce projet par ses
recommandations pertinentes et son support. Il m’a tout aussi bien épaulé en me conseillant par ses
connaissances approfondies sur les analyses de cycles de vie. Dr. Doyen et Dr. Mikhaylin ont su
m’épauler et me conseiller chacun dans leur champ d’expertise afin de réaliser une maîtrise alliant le
développement des méthodes de production d’extrait d’insecte ainsi que l’aspect analyse de cycle de
vie associé.

 La présence de plusieurs personnes de soutien dans l’équipe de recherche telles que Véronique
Perreault, Diane Gagnon et Alice Marciniak a été grandement appréciée. En effet, ces personnes ont
été essentielles à la réalisation de plusieurs analyses et ont accordé leur précieux support et conseil à
bien des occasions. La présence de tous les étudiants sous la direction de mon directeur et co-directeur
de recherche a grandement aidé à la poursuite de ma maitrise en permettant d’échanger et
d’apprendre sur divers sujets touchants au domaine alimentaire.

 Pour terminer, mon conjoint, ma famille ainsi que mes amis m’ont procuré le support et
l’encouragement nécessaire à l’accomplissement de ma maitrise en sciences des aliments.

 ix

Avant-propos

 Ce mémoire a été respectivement dirigé et co-dirigé par les Drs Alain Doyen et Sergey Mikhaylin,
professeurs agrégés œuvrant au sein du département des sciences des aliments de la Faculté des
Sciences de l'Agriculture et de l'Alimentation à l’Université Laval. Ce mémoire a été réalisé afin de
développer une analyse de l’éco-efficience liée à la production d’un extrait protéique d’insecte.

 Le Chapitre 1 présente l’état des connaissances concernant les insectes comestibles et les
notions d’éco-efficience (EE) et d’analyse du cycle de vie (ACV). Ce chapitre débute par des aspects
généraux concernant l’entomophagie et ses avantages. Par la suite, différentes méthodes
d’extraction/concentration des lipides et des protéines d’insectes sont présentées. La présentation du
concept d’EE et des ACV, notamment en lien avec l’élevage et la transformation d’insectes, termine
ce chapitre.

 Le Chapitre 2 présente un retour sur la problématique suivi de l’hypothèse de recherche ainsi
que des objectifs afin de répondre à l’hypothèse proposée.

 Le Chapitre 3 est rédigé sous forme d’article scientifique présentant la méthodologie, les
résultats ainsi qu’une discussion relativement aux travaux de recherche réalisés. J’ai réalisé la
méthodologie, les expérimentations et la rédaction de cet article avec l’aide des co-auteurs Véronique
Perreault, Alice Marciniak, Sergey Mikhaylin et Alain Doyen. L’article sera soumis prochainement pour
publication.

 Le Chapitre 4 est une discussion générale permettant de faire un lien entre les différents
chapitres en revenant sur l’hypothèse énoncée et les objectifs et en faisant un lien avec les résultats
de recherche présentés.

 x

Introduction

 La consommation d’insectes, ou l’entomophagie, est une pratique courante dans divers
pays d’Afrique, d’Amérique Latine et d’Asie, mais elle reste une pratique marginale dans la
majorité des pays occidentaux (Kouřimská & Adámková, 2016). Cependant, il serait
avantageux d’inclure des protéines d’insectes dans la diète occidentale afin de diminuer
l’impact environnemental lié aux sources protéiques d’origine animale. En effet, l’élevage
d’insectes présente plusieurs avantages par rapport aux protéines animales, notamment une
faible utilisation de surface de culture, peu d’émission de gaz à effet de serre tout en
permettant la valorisation de déchets organiques (Ruby & Rozin, 2019). Néanmoins, la faible
acceptabilité des Occidentaux pour les insectes entiers représente un obstacle majeur à la
l’intégration de cette ressource protéique dans leur alimentation. Selon (Ruby & Rozin,
2019), un des leviers permettant d’améliorer l’acceptabilité pour ces matrices non
conventionnelles serait la consommation d’insectes non visibles, c’est-à-dire sous forme
d’ingrédients de première (farine) ou de deuxième transformation (concentrés et isolats
protéiques). De ce fait, plusieurs études récentes ont eu pour objectif d’optimiser la
production de concentrés protéiques d’insectes (Azagoh et al., 2016; Purschke et al., 2018;
Zhao et al., 2016; Zielińska et al., 2018).
 Actuellement, la production de farines d’insectes, obtenues suite au broyage d’insectes
entiers séchés, représente la façon la plus conventionnelle et simple d’introduire des insectes
dans l’alimentation humaine. Afin d’optimiser les propriétés technofonctionnelles et
nutritionnelles des ingrédients dérivés des insectes, il devient d’intérêt de produire des
ingrédients riches en protéines tels que des concentrés et isolats protéiques. La concentration
des protéines d’insectes implique nécessairement une élimination maximale des composés
non protéiques tels que la chitine et la matière grasse. En parallèle, il est crucial que les
concentrés protéiques générés possèdent des propriétés technofonctionnelles d’intérêt pour
faciliter leur intégration dans diverses formulations alimentaires. La production d’un
concentré protéique débute généralement par une étape de délipidation des larves par
pressage mécanique ou encore via une extraction par solvant. Deux fractions sont générées,
une fraction lipidique et une fraction de type tourteau composée majoritairement de protéines,
de glucides et de chitine. La deuxième étape consiste en une extraction des protéines du

 1

tourteau afin de récupérer spécifiquement les protéines. Cette étape peut être réalisée par une
solubilisation alcaline des protéines suivi d’une précipitation isoélectrique, par solubilisation
saline, ou encore via une séparation basée sur le poids moléculaire des constituants. Suite à
cette étape, un concentré protéique est obtenu ainsi qu’une fraction composée de chitine et
de glucide. Ces étapes de transformation ont été majoritairement appliquées sur les matrices
d’origine végétale (solubilisation alcaline et précipitation isoélectrique) et laitière
(concentration des protéines par membranes de filtration) et l’impact environnemental
associé a fait l’objet de divers travaux (Depping et al., 2020; Mikhaylin et al., 2018). Ainsi,
et en lien avec le nombre conséquent de travaux publiés récemment sur les procédés de
transformation des matrices d’insectes, il devient pertinent d’évaluer l’impact
environnemental de la production de concentrés protéiques d’insectes afin de confirmer que
les avantages environnementaux liés à l’élevage des insectes sont préservés lors des étapes
de transformation.
 Les études de Oonincx et de Boer, Berggren et al. et bien d’autres ont porté sur
l’impact environnemental de l’élevage d’insectes, mais peu de données scientifiques sont
disponibles concernant les impacts de la production d’un concentré protéique d’insectes
(Berggren et al., 2019; Oonincx & de Boer, 2012). Les études de Smetana et al. ainsi que de
Thévenot et al. ont considéré la production d’insectes délipidés et d’huile d’insecte, mais la
méthode d’extraction de l’huile n’était pas décrite et aucune étape d’extraction des protéines
n’a été évaluée (Smetana et al., 2019; Thévenot et al., 2018). Or, les différentes étapes
nécessaires à la production d’un concentré protéique (séchage, délipidation, extraction
protéique) ont nécessairement une influence non négligeable sur l’impact environnemental
global du produit. Comme recommandé par l’Étude de faisabilité du déploiement de
l’industrie des insectes destinés à la consommation humaine au Québec, il serait pertinent de
réaliser une analyse de cycle de vie des étapes de transformation des insectes (Dussault,
2017). Pour ce faire, il est nécessaire de déterminer les intrants et les extrants générés. Par la
suite, la modélisation du processus de transformation dans un logiciel tel que OpenLCA et
l’utilisation d’une base de données accompagnée par la méthode d’analyse d’impacts
permettent d’allouer les impacts générés par chaque intrant et chaque extrant afin d’obtenir
l’impact environnemental global de la transformation d’insecte en concentré protéique. Il est
aussi possible de calculer l’éco-efficience (EE) d’un concentré protéique d’insecte en mettant

 2

en relation la valeur du concentré généré avec son impact environnemental afin de le
comparer à d’autres sources protéiques ou à d’autres scénarios de production.
 Par conséquent, ce projet vise à optimiser la production d’un concentré protéique
d’insectes et d’évaluer son EE. L’étude permettra ainsi de générer des connaissances
novatrices sur la production d’un concentré protéique d’insectes ayant une haute teneur
protéique et un impact environnemental connu. De plus, elle produira des données
scientifiques profitables sur l’impact environnemental de diverses étapes de transformation
des insectes ainsi que sur son EE.

 3

Chapitre 1 : Revue de littérature

 1.1. Généralités sur l’entomophagie

 L’entomophagie est pratiquée depuis la préhistoire et a permis d’améliorer le niveau
de vie des peuples primitifs souffrant régulièrement de malnutrition due à un manque
d’aliments riches en protéines et en lipides (Bodenheimer, 1951). De nos jours, cette pratique
est bénéfique à l’économie et à l’écologie de plusieurs régions et elle est une pratique
courante dans plus de 130 pays (Shockley & Dossey, 2014). Par contre, la consommation
d’insectes dans les pays européens et nord-américains est généralement taboue, mais un
engouement médiatique récent autour de cette pratique et l’apparition d’élevage et de
produits à base d’insectes ont permis une certaine acceptabilité de l’entomophagie dans les
dernières années (Dussault, 2017). Le rapport de l’Organisation des Nations Unies pour
l'alimentation et l'agriculture (FAO) paru en 2014 propose la consommation d’insectes pour
assurer la sécurité alimentaire mondiale. Il représente probablement l’élément qui a
déclenché l’augmentation considérable de l’intérêt pour ces matrices non conventionnelles
(Van Huis et al., 2014). En effet, selon la FAO, il faudra produire deux fois plus de nourriture
en 2050 qu’en 2012 pour subvenir aux besoins mondiaux (FAO, 2018). Pour réussir à
atteindre cet objectif, il faudra repenser les systèmes alimentaires actuels et une des solutions
envisagées est la production intensive d’insectes comestibles en lien notamment avec leur
valeur nutritionnelle d’intérêt, leur production possible à l’année et leur faible impact
environnemental (FAO, 2018). À titre d’exemple, selon l’étude d’Oonincx et al., l’émission
de gaz à effet de serre (en g/kg de gain de poids) d’un élevage d’insectes est en moyenne 100
fois moins élevée comparativement aux émissions associées à l’élevage des ruminants
(Oonincx et al., 2010). Outre les bénéfices environnementaux, les insectes représentent une
source d’intérêt nutritionnel puisqu’ils sont riches en protéines, en lipides insaturés et en
minéraux (Van Huis et al., 2014). L’intégration de cette source protéique dans les pays
occidentaux est déjà amorcée via la commercialisation d’insectes sous forme d’ingrédients,
à incorporer à un aliment plus complexe tel que désiré par les consommateurs (Ruby &
Rozin, 2019).
 Pour se faire, plusieurs compagnies ont été créées dans les pays industrialisés dans le
but de commercialiser divers produits dérivés des insectes tels les protéines, la matière grasse,

 4

la chitine ou encore du fertilisant (Dussault, 2017). Spécifiquement pour la production à
grande échelle d’insectes destinés l’alimentation humaine, la FAO a déterminé que le TM est
l’espèce la plus adaptée en raison de son taux rapide de croissance, son cycle de
développement court, son taux de survie et de ponte élevé, son taux de conversion élevé (ratio
entre la production de biomasse d’insecte et la quantité de nourriture consommée) ainsi que
sa faible vulnérabilité aux maladies (FAO, 2014). Par conséquent, les prochaines sections
porteront principalement sur TM. Afin d’évaluer les possibles utilisations des insectes, entre
autres de TM, dans la diète humaine, il est nécessaire de connaitre en détail leur composition
et leur valeur nutritive.

 1.2. Constituants de la matrice d’insectes

 1.2.1. Les constituants non protéiques

 La composition en divers composés nutritifs des insectes varie d’une espèce à l’autre,
mais aussi selon leur stade de maturité, leur origine et leur alimentation (Dussault, 2017;
Kouřimská & Adámková, 2016). Pour ces raisons, et puisqu’il existe plus de 2 000 espèces
d’insectes comestibles réparties dans cinq ordres principaux, il est difficile de définir un
profil nutritionnel général des insectes (Shockley & Dossey, 2014). Certaines familles
d’insectes ont des profils nutritionnels désirables par exemple en contenant beaucoup de
protéines, mais peu de calories (Baiano, 2020). Il est donc possible de choisir l’espèce
d’insecte à consommer en fonction des besoins des consommateurs ciblés. L’apport
nutritionnel des insectes par 100 g peut être entre 153 et 480 kcal, contenir de 13 à 77 g de
protéines et de 3 à 77g de lipides (Baiano, 2020; Dussault, 2017; Van Huis et al., 2014). La
proportion des acides gras polyinsaturés est supérieure à celle des acides gras insaturés dans
les insectes ce qui pourrait ainsi contribuer à combler les déficits en acides gras omega-3 et
omega-6 de la diète nord-américaine (Mariod, 2020). De plus, certaines espèces d’insectes
représentent une source d’intérêt en fer, zinc, potassium, sodium, calcium, magnésium,
phosphore, manganèse, vitamines E, B12, B1, et B2 ainsi qu’en fibres (Mariod, 2020).
Concernant plus spécifiquement TM, la composition en matière grasse, fibres et vitamine
B12 est respectivement de 36,8g/100g, 18g/100g et 0,47µg/100g pour un apport calorique de
206 kcal/100g (Dion-Poulin et al., 2020; Kouřimská & Adámková, 2016). La consommation
d’insectes pour substituer des sources protéiques d’impact environnemental plus

 5

dommageable serait donc aussi bénéfique pour l’apport nutritionnel en vitamines, en
minéraux et en lipides. L’étude de Payne et al. a d’ailleurs évalué la valeur nutritive de six
insectes et a conclu qu’elle est avantageuse par rapport à celle du bœuf et du porc (Payne et
al., 2016). Par contre, certains travaux ont montré que le contenu en chitine des insectes nuit
à l’absorption des protéines (DeFoliart, 1992; Ozimek, 1985). Il est donc nécessaire d’évaluer
la qualité nutritionnelle des protéines d’insectes avant d’en recommander la consommation.

 1.2.2. Les constituants protéiques

 Les protéines de TM, dont les poids moléculaires varient entre 10 et 200 kDa présentent
des structures et des fonctions biologiques différentes. Il s’agit principalement de protéines
musculaires (actine, myosine et leurs dérivés), de protéines de la cuticule (14 à 32 kDa) et
d’enzymes (32 à 95 kDa). Les protéines ayant un poids moléculaire de plus de 95 kDa sont
généralement de type vitellogénine (Yi et al., 2013). La teneur en protéines dans les matrices
d’insectes a longtemps été surestimée puisque le facteur de conversion protéique utilisé de
6,25 ne tenait pas compte de l’azote non protéique provenant de la chitine composant
l’exosquelette des insectes. Les recherches de Janssen et al. ont permis de déterminer le
facteur de conversion adéquat dans le cas de plusieurs espèces d’insecte, plus spécifiquement
pour TM, un facteur de 4,76 doit être utilisé pour déterminer la teneur en protéine des larves
entières alors qu’il est de 5,60 pour une matrice purifiée en protéines (Janssen et al., 2017).
En utilisant le facteur de correction recommandé de 4,76, la teneur en protéine de TM varie
ainsi de 39 à 45% sur base sèche (Dion-Poulin et al., 2020; Janssen et al., 2017). D’un point
de vue nutritionnel, le profil en acides aminés et la digestibilité des protéines d’insectes sont
les facteurs influençant le plus la qualité nutritionnelle de ces constituants. Le profil protéique
des insectes, soit leur composition en acides aminés, permet pour la majorité des espèces de
répondre aux besoins nutritionnels des humains (Dussault, 2017). La proportion en acides
aminés essentiels des insectes est assez variable et représente entre 46% et 96% de leur
quantité totale d’acides aminés (Kouřimská & Adámková, 2016). La teneur en lysine,
tryptophane et thréonine de plusieurs espèces est d’intérêt puisque plusieurs produits
céréaliers en sont déficients (Kouřimská & Adámková, 2016). Dans le cas spécifique de TM,
tous les acides aminés essentiels à l’alimentation humaine sont présents en quantité
suffisante, excepté la méthionine (Azagoh et al., 2016). Pour ce qui est de la digestibilité des
protéines d’insectes, elle varie entre 76% et 90% (89.9% dans le cas des TM (Azagoh, 2017)),

 6

ce qui est légèrement inférieur à la digestibilité des protéines d’œuf et de bœuf qui sont
respectivement de 95% et 98% (Akhtar & Isman, 2018). Néanmoins, le taux de digestibilité
des protéines d’insectes est supérieur à celui de plusieurs protéines d’origine végétale et est
comparable à celle du poisson (87% à 92%) (Azagoh, 2017; Kouřimská & Adámková, 2016).
Selon Akhtar & Isman, la digestibilité des matrices d’insectes pourrait être augmentée en
éliminant la chitine puisque cette dernière est chimiquement liée aux protéines d’insectes et
n’est pas digestible par les humains (Akhtar & Isman, 2018). En parallèle, il devient crucial
de délipider les larves d’insecte afin de concentrer le contenu protéique et donc d’en
améliorer les aspects nutritionnels. De ce fait, la prochaine section vise à décrire les méthodes
de production des concentrés protéiques.

 1.3. Les extraits protéiques d’insectes

 Un grand nombre de données scientifiques récentes portent sur l’optimisation de la
production d’un extrait protéique d’insectes afin de déterminer leurs propriétés
technofonctionnelles et leur potentiel d’intégration dans des matrices alimentaires (Bußler et
al., 2016; Kim et al., 2016). La méthodologie générale pour l’obtention de ces extraits
consiste en une extraction protéique précédée ou non d’une délipidation (Mishyna et al.,
2019; Zielińska et al., 2018). La délipidation permet d’obtenir un concentré protéique faible
en matières grasses et ainsi plus concentré en protéine alors que l’extraction protéique permet
d’éliminer la chitine permettant d’améliorer la digestibilité et les propriétés fonctionnelles
des extraits. Le concentré présente ainsi une digestibilité optimale et une intégration plus
facile dans diverses préparations alimentaires répondant ainsi aux besoins des
consommateurs des pays Occidentaux (Payne et al., 2016). De plus, trois fractions distinctes
purifiées (chitine, lipide et protéine) peuvent être récupérées dans une optique de valorisation
des constituants de la matrice et de rentabilité des procédés (Caligiani et al., 2018).

 1.3.1. Étapes de production de l’extrait protéique

 La production d'extraits protéiques d'insectes nécessite plusieurs étapes de
transformation afin de minimiser la teneur des constituants non protéiques (lipides, chitine,
etc.) de la matrice d'insecte. Ces étapes consistent généralement en une délipidation suivie
d’une extraction des protéines. Plusieurs méthodes ont été développées dans les dernières
années afin de réaliser ces deux étapes.

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1.3.1.1. Délipidation

 1.3.1.1.1. Délipidation par pressage mécanique

 L’extraction par pressage est une méthode de délipidation couramment utilisée en
industrie alimentaire. Ce type d’extraction a l’avantage d’être simple et de ne nécessiter
aucun intrant chimique. Cependant, les rendements d’extraction sont moins élevés que lors
d’une extraction par solvants. À titre d’exemple, dans l’industrie du soya, l’utilisation d’une
presse à vis a été la méthode la plus utilisée avant 1950, mais les méthodes d’extraction par
solvant ont rapidement pris le dessus en permettant des rendements d’extraction plus élevés
(Johnson, 1999). Plus spécifiquement dans le cas des insectes, quelques études ont été
réalisées sur la délipidation des larves par l’utilisation d’une presse à vis. Les travaux de
(Azagoh, 2017) sur le pressage mécanique ont permis d’optimiser les conditions d’extraction
des lipides de TM en recommandant une température de pressage de 50˚C afin d’optimiser
la qualité des protéines et de la matière grasse tout en maximisant les rendements
d’extraction. L’utilisation d’une presse hydraulique ainsi que d’une presse à vis a permis
d’obtenir des rendements d’extraction lipidiques similaires d’environ 55%. L’étude de
Matthaus et al., portant sur le pressage des larves de Hermetia illucens a quant à elle permis
d’extraire 70% des lipides (Matthäus et al., 2019).

 1.3.1.1.2. Délipidation par l'utilisation de solvants organiques

 Parmi les méthodes de délipidation utilisant les solvants organiques, la méthode
Soxhlet, est très largement utilisée dans les travaux de recherche particulièrement ceux visant
une extraction optimale des lipides des insectes comestibles. Celle-ci est
conventionnellement réalisée avec de l’éther de pétrole, de l’hexane ou du chloroforme.
L’efficacité d’autres solvants a été étudiée tels que l’éthyl acétate ou l’éthanol (Caligiani et
al., 2018; Castejon et al., 2018; Mishyna et al., 2019; Tzompa-Sosa et al., 2014; Yi et al.,
2013; Zhao et al., 2016). L’étude de Laroche et al. a évalué les rendements d’extraction et le
profil des lipides extraits par différents solvants (hexane, éthanol, éthyl acétate et éther de
pétrole) sur des farines de TM (Laroche et al., 2019). L’éthanol était le solvant permettant
d’extraire la plus grande quantité de lipides (28,8 g lipide/100 g farine) et le deuxième solvant
le plus performant était l’éthyl acétate (25,7 g lipide/100 g farine). Des mélanges de solvants

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sont aussi couramment utilisés pour maximiser la récupération des lipides en fonction de leur
affinité pour les solvants utilisés (Ramos-Bueno et al., 2016; Zhao et al., 2016). Plusieurs
études ont également réalisé une extraction des lipides par solvant avec comme matière
première des insectes broyées et séchées. Ces études mélangent les insectes directement avec
le solvant pendant quelques heures puis sépare le résidu du solvant contenant la fraction
lipide. Les rendements d’extraction lipidiques obtenus sont très intéressants (˃87%), mais
ces méthodes nécessitent un séchage préalable des insectes et prennent beaucoup de temps
(Caligiani et al., 2018; Zhao et al., 2016). Le protocole d’extraction par solvant en industrie
alimentaire est encore peu développé dans la filière insecte, mais un récent article de Feng et
al. propose d’homogénéiser les insectes entiers frais (larves de mouche soldat noire) dans un
mélange de solvant isopropanol/éther de pétrole (3 :5) à 10 000 rpm afin de séparer le
surnageant (solvant et matière grasse) du culot (chitine et protéines) (Feng et al., 2020). Le
rendement d’extraction lipidique obtenu par cette méthode, décrite comme efficiente
énergétiquement et rapide, est intéressant (76%).

 1.3.1.1.3. Délipidation assistée par l'application de procédés émergents

 Plusieurs autres prétraitements ou méthodes d’extraction des lipides ont été appliqués
dans le milieu de la recherche universitaire afin d’améliorer les rendements d’extraction tout
en minimisant l’utilisation de solvants organiques, qui présentent plusieurs inconvénients en
termes d’impacts environnementaux, de toxicité et de sécurité d’utilisation (inflammabilité)
(Johnson, 1999). L’extraction au CO2 supercritique et par liquide sous-pression et les
prétraitements tels que les ultra-sons et les micro-ondes ont été principalement décrits (Hu et
al., 2017; Laroche et al., 2019; Otero et al., 2020; Purschke et al., 2017). Concernant
l’extraction au CO2 supercritique, plusieurs études ont montré que l’atteinte de taux de
délipidation entre 76% et 95% est possible (Laroche et al., 2019; Purschke et al., 2017). Dans
le cas de l’extraction assistée au micro-ondes expérimentée par Hu et al., cinq solvants
(éthabol, éthyl acétate, éther de pétrole, éther éthylique et hexane) ont été testés sur des vers
à soie. La combinaison de solvants hexane/éthanol à un ratio de1 :1 a permis d’extraire plus
de 99% des lipides composant les matrices d’insectes à l’étude (Hu et al., 2017). Cependant,
aucune de ces méthodes n’est utilisée à l’échelle industrielle sur les matrices d’insectes en
raison d’une faible disponibilité à l’échelle industrielle, d’une maturité technico-économique

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non optimale ou de coûts d’investissements importants. Ainsi, actuellement, peu
d’alternatives sont disponibles à l’échelle industrielle pour la délipidation des matrices
d’insectes. L’utilisation de solvant organique demeure encore la méthode la plus utilisée dans
la littérature scientifique. Le Tableau 1 présente les méthodes de délipidation récemment
décrites ainsi que leur rendement d’extraction.

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Tableau 1. Rendement d’extraction lipidique de quelques méthodes de délipidation comparativement
à une méthode de référence.

 Rendement
 d’extraction
 Méthode de délipidation Insecte Référence
 lipidique
 (%)
 Pressage TM 55,0 (Azagoh, 2017)
 Mélange avec éther de pétrole Prénymphe de (Caligiani et al.,
 87,60
 1h à deux reprises Hermetia illucens 2018)
 Homogénéisation/centrifugation
 Larves de Hermetia (Feng et al.,
 avec isopropanol/éther de 75,92
 illucens 2020)
 pétrole
 Soxhlet, solvant : hexane 96,56
 (Purschke et al.,
 CO2 supercritique (250 bar, 45 TM
 95,30 2017)
 °C, 105 min)
 CO2 supercritique (325 bar, 55 TM 86,7 (Laroche et al.,
 °C, 75 min) Acheta domesticus 81,5 2019)
 Assistée au micro-ondes avec Nymphes de vers
 99,15 (Hu et al., 2017)
 hexane/ éthanol de soie

1.3.1.2. Extraction des protéines d’insectes

 Les étapes d’extraction et de purification des protéines d’insectes sont réalisées afin de
générer des fractions à haute teneur protéique. Actuellement, ces extraits sont surtout produits
à l’échelle laboratoire afin d’évaluer la composition en acides aminés, la solubilité, les
caractéristiques technofonctionnelles (pouvoir moussant, gélifiant et émulsifiant) et
rhéologiques des protéines (Gravel & Doyen, 2020). Plus récemment, ces méthodes
d’extraction ont aussi été développées dans le but de développer des méthodes de
concentration-purification des protéines adaptables à l’échelle industrielle (Zhao et al.,
2016). L’étude de Zielinska et al. confirme l’intérêt de produire un extrait protéique de TM
puisque ce dernier possédait une meilleure capacité de rétention, d’absorption et de liaison
de l’eau, de meilleure capacité moussante et émulsifiante tout en créant des émulsions et
mousses plus stables comparativement à une farine de TM (Zielińska et al., 2018). Pour
produire de tels extraits, quelques méthodes d’extractions peuvent être appliquées, soit la
méthode d’Osborne, l’extraction aqueuse ou encore la solubilisation alcaline.

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L’étude de Caligiani et al. a expérimenté la méthode d’Osborne (Figure 1) qui consiste
à appliquer différents types d’extraction (aqueuse, à l’alcool, saline et alcaline) afin d’extraire
les protéines en fonction de leur affinité pour le solvant utilisé (Caligiani et al., 2018). Elle
a permis d’extraire 92% des protéines de Hermetia illucens en conservant leur intégrité
structurale et technofonctionnelle. Cette méthode, bien que recommandée pour la production
d’ingrédients à haute valeur ajoutée, nécessite plusieurs étapes d’extraction (Figure 1)
engendrant diverses considérations, notamment en termes de durée de la méthode et
d’utilisation importante de solvants (Caligiani et al., 2018). L’extraction aqueuse, réalisée
par Yi et al., visait à extraire les protéines d’insectes broyés dans de l’eau. Après
centrifugation, trois fractions ont été obtenues : une fraction lipidique, une fraction solide et
une fraction aqueuse. Cette méthode s’est avérée peu efficace puisqu’aucune des fractions ne
contenait des teneurs protéiques élevées. Les protéines étaient réparties entre le résidu, le
culot et le surnageant avec des teneurs comprises entre 20 et 40% (Yi et al., 2013).
 La solubilisation alcaline est très largement utilisée dans la littérature scientifique.
Cette dernière a été optimisée pour TM par Zhao et al. et a permis de récupérer 65,1% des
protéines dans le surnageant à une concentration de 79,0% (Zhao et al., 2016). Mintah et al.
ont également appliqué et optimisé ce protocole sur Hermetia illucens. Les taux d’extraction
et de purification étaient similaires à ceux obtenus par Zhao et al.. Suite à l’étape de
solubilisation alcaline, une centrifugation permet de séparer le culot, contenant la chitine et
d’autres composés mineurs, des protéines solubles retrouvées dans le surnageant (Mintah et
al., 2020). Azagoh et al. a utilisé une méthode semblable (solubilisation alcaline) qui a permis
d’extraire 59,9% des protéines de TM avec un taux de pureté de 83,7% (Azagoh et al., 2016).
Les méthodes d’extraction alcaline par l’utilisation de NaOH permettent généralement
l’obtention de rendements d’extraction importants. Cependant, ce procédé peut engendrer
une dénaturation, la racémisation ou l’hydrolyse des protéines du concentré (Caligiani et al.,
2018). À la suite de l’étape de solubilisation alcaline, il est possible de générer une fraction
à très haute teneur protéique par précipitation isoélectrique.

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