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
Vl Valorisation des algues rouges Aujourd hui dans le monde: 168 000 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
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 400 450 500 550 600 650 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) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 3
La R-PE en France, une exploitation intéressante? Algue fraîche (Nori par ex.) Algue séchée (Nori par ex.) Extrait enrichi en R PE 1 200 / tonne 16 000 / 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
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 ) 10407 / 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
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
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
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
Optimisation des conditions d hydrolyse Choix de la préparation d algue 0,45 04 0,4 IP 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 005 0,05 sans enzyme avec enzyme 0 Coupées Broyées Cryobroyées Coupées Broyées Cryobroyées Lyophilisées Fraîches 0.01 018 0.18 0.12 Amélioration avec enzyme : facteur 1.7 à 30 0.30 9
Optimisation des conditions d hydrolyse Choix de la préparation d algue 6 5 4 sans enzyme avec enzyme mg de R PE / g d'algue sèche 3 2 1 0 Coupées Broyées Cryobroyées Coupées Broyées Cryobroyées Lyophilisées Fraîches 010 0.10 173 1.73 1.15 4.36 Amélioration avec enzyme : facteur 2.20 à 5.90 10
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
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 -1 0 +1 12
Optimisation des conditions d hydrolyse Méthodologie des plans d expérience Ratio enzyme/algue (%) Durée (min) 0,33 360 30 0,07 10 40 Température ( C) 13
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 29,13 043 0,43 172 1,72 449 4,49 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
Optimisation des conditions d hydrolyse Méthodologie des plans d expérience mg R PE/ g algue sè che 14 12 10 8 6 4 2 0 X 67 Sans enzyme Avant Après optimisation optimisation Avec enzyme 15
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
Perspectives Méthodologie adaptée Autres espèces algales Tester d autres enzymes/combinaisons enzymatiques Modification des paramètres Optimisation d autres paramètres Extraction d autres composés 17
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