Optimisation des procédés de fermentation pour l'amélioration des qualités nutritionnelles des co-produits de maïs doux destinée à l'élevage des larves de la mouche soldat noire.

Optimization of fermentation processes to improve the nutritional qualities of plant sweet corn co-products for the breeding of Balck Soldier Fly larvae.

• Auteur / Autrice : Ismail El Mahboul
• Direction : Beatrice Lauga, Cristiana Cravo laureau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques
• Date : Soutenance le 03/07/2024
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matériaux (Pau)
• Jury : Président / Présidente : Carole Molina jouve
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cristiana Cravo laureau, Nicolas Bernet, Patrick Borel, Béatrice Lauga
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Bernet, Patrick Borel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Insectes comestibles

Hermetia illucens

Ensilage

Maïs (aliments pour animaux)

Mots clés libres

Fermentation

Insectes

Co-Produit de maïs doux

La mouche soldat noire

Ensilage

Biomasse végétale

Fermentation

Insects

Sweet corn co-Products

Balck Soldier Fly (BSF)

Ensiling

Plant biomass

Résumé

Les insectes représentent une source alternative de protéines qui permet de réduire l'impact environnemental de la production d'aliment pour les animaux. Afin de limiter aussi l'impact environnemental et le coût d'élevage des insectes, l'utilisation de coproduits végétaux comme substrat d'alimentation s'impose.Peu coûteux et très abondants dans le sud-ouest de la France, les coproduits de maïs doux (CMD) montrent un intérêt comme substrat d'élevage des larves de la mouche soldat noire, un insecte d'intérêt pour la production de farine animale. Cependant, riche en fibres, principalement cellulose et hémicellulose, leur faible digestibilité se traduit par une faible bioconversion. Les travaux de thèse avaient pour objectif d'améliorer la qualité nutritionnelle des CMD en hydrolysant les fibres végétales par traitement microbiologique et/ou enzymatique afin de les transformer en molécules assimilables et plus nutritives pour les larves.Une première stratégie a consisté à améliorer la qualité nutritionnelle des CMD pendant l'ensilage, étape nécessaire à leur conservation, par différents traitements : microbiologique avec une souche commerciale de Bacillus subtilis, enzymatique par des cellulases, une combinaison de ces deux traitements, et avec un produit commercial contenant Pediococcus acidilactici, Pediococcus pentosaceus, Lactobacillus plantarum, et deux enzymes, de la β-glucanase et de la xylanase. L'efficacité des traitements a été évaluée en analysant la composition des CMD dont les NDF (cellulose, hémicellulose et lignine), les ADF (cellulose et lignine), les protéines, et les taux de bioconversion par les larves. Par ailleurs, le pH, les acides organiques, la composition de la communauté microbienne en fin de l'ensilage, et la teneur en ergostérol, ont été analysés pour évaluer la qualité de la fermentation. Aucun effet des traitements sur la teneur en NDF n'a été mis en évidence, cependant, la combinaison enzyme commerciale-B. subtilis a conduit à une réduction des ADF suggérant une hydrolyse de la cellulose. La teneur en glucose toutefois plus faible indique qu'il a été métabolisé. La diminution du pH et l'augmentation de la teneur en lactate prouvent par ailleurs que la fermentation s'est produite. La communauté microbienne était dominée par des ASV affiliés aux genres Paenibacillus et Bacillus et s'est accompagnée du développement de champignons attesté par une augmentation de la teneur en ergostérol. Cependant, ce traitement n'a pas permis d'améliorer le taux de bioconversion.Une deuxième stratégie a fait appel à des post-traitements des CMD ensilés. Six post-traitements ont été appliqués : des cellulases, des cellulases et des hémi-cellulases en combinaison, le consortium P. acidilactici, P. pentosaceus, L. plantarum, avec β-Glucanase et xylanase avec ou sans cellulases, B. subtilis, puis P. acidilactici, B. subtilis, avec β-glucanase et xylanase. Différentes concentrations ont été testées en faisant varier les temps et les températures d'incubation. L'efficacité des quatre premiers post-traitements a été évaluée en analysant la composition des CMD (NDF, ADF, protéines) et le taux de bioconversion. Pour les deux derniers post-traitements, seuls les taux de bioconversion ont été mesurés. La combinaison de cellulases et du consortium commercial a conduit à l'hydrolyse des NDF et ADF. Le taux de bioconversion n'est toutefois pas amélioré, alors que quand appliqués séparément ils ont un effet positif. Les post-traitements permettraient donc d'améliorer la qualité nutritive du CMD.Globalement, les travaux menés montrent que bien que certains traitements diminuent la teneur en NDF et ADF, leur dégradation ne se traduit pas forcément par une amélioration du taux de bioconversion des larves. L'absence d'effet des traitements sur la teneur en protéines et en glucose pourraient expliquer la limite de ces traitements dans l'amélioration de la qualité nutritionnelle des CMD.

Inexpensive and highly abundant in southwestern France, sweet corn coproducts (SCCP) show potential as a substrate for breeding black soldier fly larvae, an insect of interest for animal feed production. However, being rich in fiber, mainly cellulose and hemicellulose, their low digestibility results in poor bioconversion. The objective of this thesis was to improve the nutritional quality of SCCP by hydrolyzing plant fibers through microbiological and/or enzymatic treatments to transform them into more digestible and nutritious molecules for the larvae.The first strategy involved improving the nutritional quality of SCCP during ensiling, a necessary step for their preservation, through various treatments: microbiological treatment with a commercial strain of Bacillus subtilis, enzymatic treatment using cellulases, a combination of these two treatments, and a commercial product containing Pediococcus acidilactici, Pediococcus pentosaceus, Lactobacillus plantarum, and two enzymes, β-glucanase and xylanase. The effectiveness of these treatments was evaluated by analyzing the composition of SCCP, including NDF (cellulose, hemicellulose, and lignin), ADF (cellulose and lignin), proteins, and bioconversion rates by the larvae. Furthermore, pH, organic acids, microbial community composition at the end of ensiling, and ergosterol content were analyzed to assess the quality of fermentation. No effect of the treatments on NDF content was observed, however, the combination of commercial enzymes and B. subtilis resulted in a reduction in ADF, suggesting cellulose hydrolysis. However, the lower glucose content indicates it was metabolized. The pH decrease and lactate increase further demonstrate successful fermentation. The microbial community was dominated by ASV affiliated with the Paenibacillus and Bacillus genera, accompanied by the development of fungi, as evidenced by an increase in ergosterol content. However, this treatment did not improve the bioconversion rate.A second strategy involved post-treatments of ensiled SCCP. Six post-treatments were applied: cellulases, cellulases combined with hemicellulases, the consortium P. acidilactici, P. pentosaceus, L. plantarum, with β-glucanase and xylanase, with or without cellulases, B. subtilis, and then P. acidilactici, B. subtilis, with β-glucanase and xylanase. Different concentrations were tested, varying incubation times and temperatures. The effectiveness of the first four post-treatments was evaluated by analyzing the composition of SCCP (NDF, ADF, proteins) and bioconversion rate. For the last two post-treatments, only bioconversion rates were measured. The combination of cellulases and the commercial consortium resulted in the hydrolysis of NDF and ADF. However, the bioconversion rate was not improved, whereas when applied separately, they had a positive effect. Post-treatments could thus improve the nutritional quality of SCCP.Overall, the results show that although certain treatments reduce NDF and ADF content, their degradation does not necessarily translate into an improvement in larvae bioconversion rates. The lack of effect of treatments on protein and glucose content could explain the limitations of these treatments in improving the nutritional quality of SCCP.