Des Molécules d Intérêt issues des algues rouges: Exemple de la R Phycoérythrine

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1 Des Molécules d Intérêt issues des algues rouges: Exemple de la R Phycoérythrine Justine Dumay, Nathalie Clément, Michèle Morançais, Mathilde Munier, Joël Fleurence Université de Nantes

2 Vl Valorisation des algues rouges Aujourd hui dans le monde: t /an (FAO, 2010) En Europe: environ 300 espèces disponibles Valorisation directe : Légume de mer Marinade de Nori Salade d algue Produit Alimentaire Intermédiaire (PAI) Valorisation indirecte : Rillettes de thon aux 3 algues Thé Tagliatelles Sel Moutarde Substances d intérêt + Production d agar et de carraghénanes : agent gélifiant, épaississant, stabilisateur Domaines d application : agroalimentaire, cosmétique, papeterie, biotechnologies + Production de molécules à forte valeur ajoutée comme les pigments. Ex : R-phycoérythrine y 2

3 R-Phycoérythrine (RPE) Pigment protéique pourpre Propriétés spectrales: Structure oligomérique [(αβ) 3 ] 2 γ de 240 kda α β β γ α α β Structure schématique de la R-phycoérythrine (Claire Denis, 2009) 0,15 0,10 0,05 0,00 absorbance fluorescence 578 nm 565 nm 545 nm 492 nm Spectres d absorbance et de fluorescence de la R-PE de Grateloupia turuturu. Phycobiliprotéine majoritaire chez les Rhodophycées (0,30 ± 0,03 % p.s.) (Denis et al., 2009)

4 La R-PE en France, une exploitation intéressante? Algue fraîche (Nori par ex.) Algue séchée (Nori par ex.) Extrait enrichi en R PE / tonne / tonne 176 / L R PE pure SMCC Activated R PE De 90 à 390 / mg 140 / mg Anti phycoerythrin anticorps 352,56 / 1 ml 4

5 Evaluation économique et technique 20.4 kg d algues fraîches 300 jours / an P a r j o u r 158 L d extrait brut (0.049 g R-PE.L -1 ) Ultrafiltration : - Membrane 0,9 m² - FRV = 5 / 4 bar / 7 C / 4h - Flux moyen = 35 L.h -1.m -2 P a r Main d'œuvre dœuvre 59% Énergie 3% 31,6 L solution de R-PE concentrée (0.245 g R-PE.L -1 ) / an a n Amortissement 19% Maintenance 6% Produits chimiques 6% Remplacement des membranes 7% Coûts production : 1 / L de solution concentrée de R-PE Denis et al. 2009, Separation and Purification Technology 5

6 Palmaria palmata Kuntze (1891) Phylum : Rhodophyta Classe : Florideophyceae Ordre : Palmariales Famille : Palmariaceae Vaste répartition géographique Zone de balancement des marées Taille généralement é < 50cm Biomasse disponible en quantité importante Algue utilisée en nutrition humaine Composition de la paroi: xylanes et cellulose 6

7 Action pilote: Extraction de la R-PE par Génie Enzymatique Choix préparation Algues ph, ratio + Tampon + enzymes + Tampon = Témoin E/S Durée, Température sous agitation et obscurité Centrifugation Culot Surnageant Extrait hydrosoluble 7

8 Evaluation de l efficacité de la digestion Évaluation indirecte / évaluation biochimique: Dosage des sucres réducteurs (Kidby et Davidson, 1973) Dosage des protéines solubles (Bradford,1976) Évaluation directe / évaluation histologique Méthode pour calculer le % de surface dégradée en mesurant les surfaces des résidus de thalles non dégradés par microscopie optique A: Témoin B: Agarase (1,1 U.mL l - 1 ) C: Cellulase (0,16 U.mL - 1 ) 500 µm 500 µm 500 µm Évaluation par rapport au produit désiré Rendement en R PE et indice de pureté (Beer et Eschel, 1985) 8

9 Optimisation des conditions d hydrolyse Choix de la préparation d algue 0, ,4 IP 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0, ,05 sans enzyme avec enzyme 0 Coupées Broyées Cryobroyées Coupées Broyées Cryobroyées Lyophilisées Fraîches Amélioration avec enzyme : facteur 1.7 à

10 Optimisation des conditions d hydrolyse Choix de la préparation d algue sans enzyme avec enzyme mg de R PE / g d'algue sèche Coupées Broyées Cryobroyées Coupées Broyées Cryobroyées Lyophilisées Fraîches Amélioration avec enzyme : facteur 2.20 à

11 Optimisation des conditions d hydrolyse Choix de la préparation d algue Choix : algues fraîches coupées Projet industriel : économie d énergie moins i de traitement, de matériel, éi de main d œuvre 11

12 Optimisation des conditions d hydrolyse Méthodologie des plans d expérience Identifier les paramètres fixes Identifier les paramètres variables Identifier les réponses 3 Niveaux de facteurs

13 Optimisation des conditions d hydrolyse Méthodologie des plans d expérience Ratio enzyme/algue (%) Durée (min) 0, , Température ( C) 13

14 Optimisation des conditions d hydrolyse Méthodologie des plans d expérience IP (ratio) Rendement mg Sucres Protéines de R-PE/g d'algue fraîche solubles mg/g réducteurs mg/g 0,36 1,73 3,71 27,78 0,41 1,63 4,35 29, , , ,49 31,92 Moyenne 0,40 1,69 4,18 29,61 Ecart type 0,04 0,05 0,41 2,11 Coef. Variation % 9,67 3,18 9,91 7,13 Prévisions 0,48 1,28 2,46 21,75 14

15 Optimisation des conditions d hydrolyse Méthodologie des plans d expérience mg R PE/ g algue sè che X 67 Sans enzyme Avant Après optimisation optimisation Avec enzyme 15

16 Conclusion L optimisation a permis D améliorer la qualité de l extrait hydrosoluble D augmenter la quantité de R PE extraite De sélectionner la préparation algale Tout en Minimisant le nombre d étapes détapes Minimisant les couts énergétiques Minimisant la durée d hydrolyse y 16

17 Perspectives Méthodologie adaptée Autres espèces algales Tester d autres enzymes/combinaisons enzymatiques Modification des paramètres Optimisation d autres paramètres Extraction d autres composés 17

18 Des Molécules d Intérêt issues des MERCI DE algues VOTRE rouges: ATTENTION Exemple de la R Phycoérythrine Justine Dumay, Nathalie Clément, Michèle Morançais, Mathilde Munier, Joël Fleurence Université de Nantes