Exploitation et transformation de micro-algues et co-produits agro-alimentaires pour la production de molécules bio-sourcés en vue d'applications industrielles

Exploitation and transformation of microalgae and agro-alimentary co-products for the production of bio-sourced molecules destined for industrial applications

• Auteur / Autrice : Montassar Romdhani
• Direction : Naïma Nedjar, Rafik Balti
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biotechnologies agroalimentaires, sciences de l'aliment, physiologie
• Date : Inscription en doctorat le 15/09/2021
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....) en cotutelle avec Université de Jendouba
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Viollette
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Benefice sante hydrolysats de proteines et coproduits agro-alimentaires

Mots clés

Mots clés libres

Micro-algues

Co-produits agro-alimentaires

Molécules bio-sourcées

Microalgae

Agro-alimentary co-products

Bio-sourced molecules

Résumé

Actuellement, les peptides, par leurs propriétés organoleptiques, fonctionnelles et biologiques sont amenés à jouer un rôle de plus en plus important dans les industries alimentaires, le secteur en forte expansion des aliments bénéfique pour la santé, ainsi que dans le domaine de la sécurité alimentaire (agents antimicrobiens et surfactifs), de la cosmétique et des biotechnologies en général. On désigne par le terme peptide une molécule comprenant un enchaînement d'acides aminés, ayant une taille comprise entre 3 et 20. Les peptides potentiellement actifs sont appelés bio-peptides. Les bio-peptides possèdent in vivo des cibles potentilles d'actions. Ils sont capables d'exercer, entre autres un effet sur le système cardiovasculaire (en tant que hypocholestérolémiant, antioxydant, antithrombotique et hypotenseur), sur le système nerveux (en tant qu'anxiolique ou satiétogène), sur le système digestif (en tant que secrétagogue) et sur le système immunitaire (en tant qu'immunomodulant). Les micro-algues sont des producteurs d'un grand nombre de métabolites et de bioproduits : les lipides, les hydrocarbures, les vitamines, les osmo-régulateurs, les pigments, les composés biologiquement actifs et les polysaccharides dont les caractéristiques physicochimiques, procurent un intérêt industriel. Ils restent un groupe de microorganismes largement inexploré (probablement moins de 1% des espèces identifiées), comparé à d'autres microorganismes tels que les bactéries et les levures qui sont fortement étudiées pour la recherche de métabolites d'intérêt pharmaceutique et économique. Il existe deux types d'exploitations des micro-algues : l'utilisation directe de la biomasse cellulaire et la valorisation des substances extraites à partir de la biomasse, ou excrétées par les cellules dans le milieu de culture. Il est donc avantageux de développer des technologies de séparation et de purification appropriées qui doivent être affinées et sélectionnées. A côté de la valorisation des micro-algues, les co-produits agro-alimentaires représentent aussi une matrice de choix pour l'extraction des bio-molécules à haute valeur ajoutées. La valorisation des co-produits agro-alimentaires est une problématique de plus en plus actuelle car elle permet de compenser la raréfaction de la ressource et limite les frais de retraitement des déchets de plus en plus importants et qui le plus souvent sont à la charge de l'entreprise sous forme de taxe d'enlèvement. Les co-produits doivent donc maintenant être considérés comme d'autres sources de matières premières pour la production de substances destinées à l'alimentation, la nutrition animale et humaine, la cosmétique et la santé (antioxydants, antistress, antihypertensifs, collagènes, pigments...). Ces déchets s'avèrent relativement riches en bio-molécules, il semble donc intéressant d'adopter une stratégie de récupération de ces molécules et de voir s'il est possible de les utiliser notamment comme ingrédients dans les produits alimentaires ou autre applications. Parmi les techniques modernes d'extraction des peptides bio-actifs, l'emploi d'enzymes, notamment les protéases, connaît un succès considérable. Ce procédé permet une meilleure solubilisation des protéines sous forme d'hydrolysats protéiques. C'est un procédé moins onéreux et relativement facile à maîtriser, aboutissant à l'obtention de produits possédant des propriétés fonctionnelles et nutritionnelles particulièrement intéressantes pour les industries alimentaires, pharmaceutiques et cosmétiques. Le présent travail s'inscrit dans le cadre général de la valorisation enzymatique de micro-algues et des co-produits. Il a pour principal objectif l'obtention de biomolécules à haute valeur ajoutée en vue d'applications industrielles à partir des micro-algues et co-produits agro-alimentaires. Les objectifs scientifiques spécifiques de ce projet peuvent être énumérés comme suit : Extraction, purification et caractérisation des principaux bio-molécules connus pour leurs potentialités thérapeutiques isolées de micro-algues et/ou co-produits agro-alimentaires. Optimisation des conditions d'hydrolyse de la matière première (choix des enzymes, conditions d'hydrolyse …). Isolement, identification et purification partielle ou totale des peptides bioactifs issus des micro-algues et/ou des coproduits agroalimentaires au moyen d'une approche protéomique et chromatographique. Etude des composés d'intérêt isolés sur les propriétés fonctionnelles et biologiques (in vivo et in vitro). Exploitation de biomolécules obtenues dans des diverses applications industrielles.

Currently, the properties of peptides in terms of organoleptic, functional, and biological properties make them more and more important in the food industry, health food sector, as well as in the field of food safety (antimicrobial agents and surfactants), cosmetics, and biotechnologies in general. The term peptide refers to a molecule comprising a chain of amino acids, with a size between 3 and 20. Potentially active peptides are called bio-peptides. Bio-peptides have potential targets of action in vivo. They are able to exert, among others, an effect on the cardiovascular system (as hypocholesterolemic, antioxidant, antithrombotic and hypotensive), on the nervous system (as anxiolytic or satietogenic), on the digestive system (as secretagogue), and on the immune system (as immunomodulating). Microalgae are producers of a large number of metabolites and bioproducts: lipids, hydrocarbons, vitamins, osmo-regulators, pigments, biologically active compounds, and polysaccharides which, due to their physicochemical characteristics, are interesting for industry. They remain a largely unexplored group of microorganisms (probably less than 1% of the identified species), compared to other microorganisms such as bacteria and yeasts which are widely studied for metabolites of pharmaceutical and economic interest. There are two types of exploitation of microalgae: the direct use of the biomass and the recovery of substances extracted from the biomass, or excreted by the cells in the culture medium. It is therefore advantageous to develop appropriate separation and purification technologies that need to be refined and selected. Besides the valorization of microalgae, agro alimentary co-products also represent a matrix of choice for the extraction of high value-added bio-molecules. The valorization of agro alimentary co-products is a more and more actual problem because it allows to compensate the depletion of the resource and to limit the costs of reprocessing of the waste which are more and more important and which most often are in charge of the company in the form of collection charges. Co-products must now be considered as alternative sources of raw materials for the production of substances for food, animal and human nutrition, cosmetics, and health (antioxidants, anti-stress, anti-hypertensives, collagens, pigments ...). These wastes turn out to be relatively rich in bio-molecules, so it seems interesting to adopt a strategy to recover these molecules and to see if it is possible to use them as ingredients in food products or other applications. Among the modern techniques for the extraction of bioactive peptides, the use of enzymes, in particular proteases, is very promising. This process allows better solubilization of proteins in the form of protein hydrolysates. It is a more economical process and relatively easy to control, leading to products with functional and nutritional properties particularly interesting for the food, pharmaceutical, and cosmetic industries. The present work is part of the general approach of enzymatic valorization of microalgae and co-products. Its main objective is to obtain high added value biomolecules for industrial applications from microalgae and agro alimentary co-products. The specific scientifical objectives of this project can be listed as follows: Extraction, purification, and characterization of the main bio-molecules known for their therapeutic potentialities isolated from microalgae and/or agro alimentary co-products. Optimization of the hydrolysis conditions of the raw material (choice of enzymes, hydrolysis conditions ...). Isolation, identification, and purification of bioactive peptides from microalgae and/or agro alimentary co-products using a proteomic and chromatographic approach. Study of isolated compounds of interest on functional and biological properties (in vivo and in vitro). Exploitation of biomolecules obtained in various industrial applications.