Microalgue rouge du genre porphyridium : modélisation de la production de métabolites et application dans la production d'emballages actifs

Red microalgae of the genus porphyridium : modeling the production of metabolites and application in the production of active packaging

• Auteur / Autrice : Latifa Tounsi
• Direction : Philippe Michaud, Slim Abdelkafi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Biologique
• Date : Soutenance le 20/12/2023
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...) en cotutelle avec Université de Sfax (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme)
• Jury : Président / Présidente : Abdelkarim Abousalham
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gwendoline Christophe
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nadia Oulahal, Laetitia Picart

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dissertation universitaire

Porphyridium

Mots clés libres

Porphyridium

B-Phycoérythrine

Films

Bioactifs

Porphyridium

B-Phycoerythrin

Films

Bioactive

Résumé

Une microalgue a été isolée des côtes tunisiennes et a été identifiée par des critères morphologiques ainsi que des techniques de biologie moléculaire. L'isolat a été identifié comme appartenant au genre Porphyridium. Dans un 1er volet, Porphyridium sp. et Porphyridium cruentum UTEX 161 ont été cultivées dans 3 milieux de culture afin de déterminer le meilleur milieu de croissance et améliorer la production de métabolites. Les résultats ont montré que les microalgues du genre Porphyridium pouvaient prospérer dans un large éventail de milieux. La production de la biomasse la plus élevée a été obtenue avec le milieu Pm (2 × 107 cellules/mL) pour Porphyridium sp.. Les teneurs les plus élevées en pigments (chlorophylle a = 0,678 ± 0,005 pg/cellule, caroténoïdes totaux = 0,18 ± 0,003 pg/cellule, B-phycoérythrine = 3,88 ± 0,003 pg/cellule) et en protéines solubles (14,58 ± 0,35 pg/cellule) ont été observées avec le milieu F/2. Porphyridium sp. a accumulé une quantité plus élevée d'amidon dans le milieu F/2 (0,69 ± 0,016 %) à égalité avec le milieu Hemerick (0,62 ± 0,050 %). Le milieu Hemerick était le milieu le plus prometteur en termes de production de lipides (2,23 %) et d'EPS (5,41 ± 0,56). Concernant Porphyridium cruentum, le milieu F/2 était le meilleur milieu pour la croissance (4,65 × 106 cellules/mL) et la production de pigments (chlorophylle a = 1,76 ± 0,007 pg/cellule, caroténoïdes totaux = 0,48 ± 0,0022 pg/cellule, B-phycoérythrine = 15,77 ± 0,6 pg/cellule), d'amidon (3,97 ± 0,22 %) et de protéines (34,36 ± 1,035 pg/cellule). Cependant, les milieux Pm et Hemerick se sont avérés les meilleurs pour supporter la production de lipides (4,51 ± 0,45 %) et d'EPS (14,19 ± 0,19 pg/cellule). Dans un 2ème volet, des films bioactifs à base de gélatine et d'alginate de sodium ont été développés en incorporant un extrait aqueux de B-phycoérythrine issue de Porphyridium cruentum à différentes concentrations (45, 67,5 et 90 μg/mL). Le processus d'optimisation a donné une quantité maximale de B-phycoérythrine égale à 4,16 ± 0,24 % dans les conditions suivantes : NaCl = 17 g/L ; MgCl2.6H2O = 2,6 g/L et K2HPO4 = 0 g/L. L'extrait de B-phycoérythrine a démontré des propriétés antioxydantes et antibactériennes. L'incorporation de B-phycoérythrine a entraîné une augmentation notable de l'indice de gonflement et de la solubilité dans l'eau, ainsi qu'une diminution significative de la teneur en humidité. De plus, lorsqu'il est ajouté à des films de gélatine et d'alginate de sodium, l'extrait de B-phycoérythrine améliore les valeurs L*, a* et ΔE*. L'analyse par diffraction des rayons X a révélé que l'ajout d'extrait de la B-phycoérythrine exerçait une influence positive sur la cristallinité des films développés. Les films incorporant l'extrait de la B-phycoérythrine présentaient une structure homogène avec une surface légèrement rugueuse. Les films ont démontré une biodégradabilité complète et un potentiel antioxydant intéressant.

A microalga was isolated from the Tunisian coast in the Mahdia governorate and subsequently identified using morphological criteria as well as molecular biology techniques. The isolate was identified as belonging to the genus Porphyridium. In the 1st part, Porphyridium sp. and Porphyridium cruentum UTEX 161 were grown in 3 culture media to identify the optimal growth medium and enhance the production of metabolites. Results showed that Porphyridium could thrive in a wide range of media. The highest biomass production was achieved with the Pm medium (2 × 107 cells/mL) for Porphyridium sp. The highest pigment content (chlorophyll a = 0.678 ± 0.005 pg/cell, total carotenoids = 0.18 ± 0.003 pg/cell, B-phycoerythrin = 3.88 ± 0.003 pg/cell) and soluble proteins (14.58 ± 0.35 pg/cell) were observed with F/2 medium. Porphyridium sp. accumulated a higher amount of starch in the F/2 medium (0.69 ± 0.016%) and was on par with the Hemerick medium (0.62 ± 0.050%). The Hemerick medium showed the most promise in terms of lipid (2.23%) and EPS (5.41 ± 0.56) production. For Porphyridium cruentum, the F/2 medium was the best medium for growth (4.65 × 106 cells/mL) and production of pigments (chlorophyll a = 1.76 ± 0.007 pg/cell, total carotenoids = 0.48 ± 0.0022 pg/cell, B-phycoerythrin = 15.77 ± 0.6 pg/cell), starch (3.97 ± 0.22%) and proteins (34.36 ± 1.035 pg/cell). However, the Pm and Hemerick media proved to be the best for supporting the production of lipid (4.51 ± 0.45%) and EPS (14.19 ± 0.19 pg/cell),. In the 2nd part, bioactive films based on gelatin and sodium alginate were developed by incorporating an aqueous extract of B-phycoerythrin from Porphyridium cruentum at different concentrations (45, 67.5, and 90 μg/mL). The optimization process yielded a maximum B-phycoerythrin content of 4.16 ± 0.24% under the following conditions: NaCl = 17 g/L, MgCl2.6H2O = 2.6 g/L and K2HPO4 = 0 g/L. The B-phycoerythrin extract demonstrated antibacterial and antioxidant properties. The incorporation of B-phycoerythrin led to a significant increase in water swelling index and solubility, as well as a notable decrease in moisture content. Furthermore, when added to gelatin and sodium alginate films, the B-phycoerythrin extract improved the L*, a*, and ΔE* values. X-ray diffraction analysis revealed that the addition of B-phycoerythrin extract had a positive influence on the crystallinity of the developed films. The films incorporating the B-phycoerythrin extract exhibited a homogeneous structure with a slightly rough surface. The new films demonstrated complete biodegradability and promising antioxidant potential.