Bioraffinage de microalgues pour la préparation de nouveaux ingrédients à haute valeur ajoutée

Biorefining of microalgae to prepare novel high added value ingredients

• Auteur / Autrice : Nourhène Zayoud
• Direction : Abdellah Arhaliass, Anthony Massé, Hichem Sebai, Rafik Balti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Genie des procédés
• Date : Soutenance le 15/11/2023
• Etablissement(s) : Nantes Université en cotutelle avec Université de Jendouba (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génie des Procédés Environnement – Agroalimentaire (GEPEA) (Saint-Nazaire) - Laboratoire de Physiologie Fonctionnelle et Valorisation des Bio-Ressources
• Jury : Président / Présidente : Nathalie Bourgougnon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Manuel Dornier, Mohamed Ben Mansour
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Bourgougnon, Nacim Zouari

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microalgues

Énergies renouvelables

Mots clés libres

Tetraselmis chuii

Macération

Extrusion

Filtration membranaire

Tetraselmis chuii

Maceration

Extrusion

Membrane filtration

Résumé

Le bioraffinage des microalgues apportent très souvent une valeur ajoutée. La microalgue Tetraselmis chuii est une source prometteuse d’une variété de biomolécules potentiellement valorisable. Cependant, l’extraction et la récupération de ces composés avec une meilleure qualité reste un défi technologique en raison des problèmes inhérents liés à leur disponibilité et leur stabilité. Dans le cadre de ce travail de thèse, les composés hydrosolubles notamment les protéines de T. chuii ont été extraites soit à une traitement soit par extrusion, soit par macération. Leur récupération a été réalisée par filtration membranaire. La première partie de cette thèse consiste à optimiser par plan d’expériences des deux procédés appliquées pour l’extraction des protéines hydrosolubles à partir des microalgues lyophilisées. Un rendement d’extraction maximal de protéines (78,38%) a été obtenu dans les conditions optimales de macération suivantes : Une concentration en biomasse lyophilisé de 7,5 g.L-1, une température de 20°C et un pH égale à 12, avec 2 heures d’extraction. Dans les conditions d'extrusion optimisées, le rendement protéique maximal a atteint 25,02 % pour une vitesse de rotation de la vis de 400 tr/min, une température de 25°C et un débit de 1 kg.h-1aprés quelques minutes d’extraction. Ainsi un couplage entre macération/extrusion, pour avoir un rendement protéique un peu plus élevé de 27,10% après 5h d’extraction. La deuxième partie s’est focalisée sur la récupération après macération, par filtration sur des membranes ayant différents seuils de coupure, des protéines solubles. La filtration avec toutes les membranes est quasi-similaire pour concentrer les protéines avec une pureté entre 13-16%. La filtration sur une membrane de 300 kDa a montré une augmentation de récupération de 67% des protéines dans le retentât comparativement à la filtration sur 3 kDa, 15 kDa, 50 kDa et 150 kDa. Ainsi la sélectivité est toujours inférieure à 1 pour toutes les membranes.

Biorefining microalgae often provides added value. The microalga Tetraselmis chuii is a promising source of a variety of potentially valuable biomolecules. However, extracting and recovering these compounds with improved quality remains a technological challenge due to the inherent problems associated with their availability and stability. In this thesis, water-soluble compounds, in particular T. chuii proteins, were extracted either by treatment, extrusion or maceration. They were recovered by membrane filtration. The first part of this thesis consists of optimising the two processes applied for the extraction of water-soluble proteins from freeze- dried microalgae by experimental design. A maximum protein extraction yield (78.38%) was obtained under the following optimal maceration conditions: A freeze-dried biomass concentration of 7.5 g.L-1, a temperature of 20°C and a pH equal to 12, with 2 hours of extraction. However, the recovery of soluble proteins following treatment by the extrusion process was significantly affected by the temperature, flow rate and screw rotation speed. Under optimised extrusion conditions, the maximum protein yield reached 25.02% for a screw rotation speed of 400 rpm, a temperature of 25°C and a flow rate of 1 kg.h-1after 15 min of extraction. Thus a coupling between maceration/extrusion, to obtain a protein yield of 27.10% at 5h of extraction. The second part focused on the recovery of soluble proteins after maceration, by filtration on membranes with different cut-off thresholds. Filtration using all the membranes was almost identical, concentrating the proteins to a purity of between 13-16%. Filtration on a 300 kDa membrane showed a 67% increase in protein recovery in the retentate compared with filtration on 3 kDa, 15 kDa, 50 kDa and 150 kDa. Selectivity was always less than 1 for all membranes.