Valorisation de la tige de luzerne : de l'extraction des protéines à la production d'un matériau.

Alfalfa stem valorization : from protein extraction to material production.

• Auteur / Autrice : Sarah Orbach
• Direction : Patrick PerrÉ, Pedro Augusto
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Ingéniérie des systèmes complexes
• Date : Inscription en doctorat le 02/12/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale INTERFACES : approches interdisciplinaires, fondements, applications et innovation
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGPM - Laboratoire de Génie des Procédés et Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Référent : CentraleSupélec

Mots clés

Mots clés libres

Luzerne

Extrusion réactive

Biosourcé

Protéines

Matériaux

Alfalfa

Reactive extrusion

Bio-based

Proteins

Materials

Résumé

La luzerne est une culture fourragère cultivée dans de nombreuses parties du monde, appréciée pour sa teneur élevée en protéines et ses avantages agronomiques. En tant que légumineuse à racine pivotante profonde, elle améliore la fertilité du sol et la biodiversité, ce qui en fait un composant important de l'agriculture durable. Ce projet de doctorat vise à développer un processus de bioraffinerie, de fractionnement efficace de la luzerne, afin de maximiser la valeur de ses fractions liquides et solides. L'étude se concentre sur l'optimisation du processus de fractionnement pour séparer la luzerne en une fraction liquide riche en protéines et une fraction solide lignocellulosique. La fraction liquide sera valorisée pour des applications dans les industries alimentaires et d'alimentation animale, avec un accent particulier sur l'amélioration des techniques d'extraction afin d'augmenter le rendement et la fonctionnalité des protéines. En même temps, la fraction solide, qui reste après l'extraction des protéines et qui est composée principalement de lignocellulose, sera explorée pour son potentiel dans les applications de matériaux biosourcés. Le projet suit une approche structurée. (i) La caractérisation des tiges de luzerne vise à approfondir la compréhension des tiges de luzerne pour la production de matériaux en analysant la structure des tissus, la composition, les propriétés liées à l'eau, le comportement mécanique et la composition chimique. (ii) L'optimisation des processus de fractionnement implique l'utilisation de l'extrusion réactive et de l'optimisation des solvants pour séparer efficacement la fraction solide riche en lignine du jus vert riche en protéines, avec un accent sur l'amélioration à la fois de l'extraction des protéines et de la qualité des particules lignocellulosiques. (iii) Le développement de matériaux biosourcés explore les méthodes de traitement adaptées en fonction des caractéristiques de la fraction lignocellulosique. Les fibres fines et les morceaux de tige épais et poreux pouvant être adaptés à différents types d'applications. En intégrant des objectifs agricoles, industriels et environnementaux, ce projet contribue à l'avancement des stratégies de bioraffinerie durables. Grâce à la valorisation complète de la luzerne, cette recherche soutient le développement de matériaux à faible émission de carbone et promeut les principes de l'économie circulaire.

Alfalfa is a widely cultivated forage crop valued for its high protein content and agronomic benefits. As a legume with a deep taproot, it enhances soil fertility and biodiversity, making it an important component of sustainable agriculture. This Ph.D. project aims to develop a biorefinery process that efficiently fractionates alfalfa to maximize the value of both its liquid and solid fractions. The research focuses on optimizing the fractionation process to separate alfalfa into a protein-rich liquid fraction and a lignocellulosic solid fraction. The liquid fraction will be valorized for applications in the food and animal feed industries, with a focus on improving extraction techniques to enhance protein yield and functionality. At the same time, the solid fraction, which remains after protein extraction and is primarily composed of lignocellulose, will be explored for its potential in bio-based material applications. The project follows a structured approach. (i) alfalfa stem characterization aims to deepen the understanding of alfalfa stems for material production by analyzing tissue structure, composition, water-related properties, mechanical behavior, and chemical composition. (ii) optimizing fractionation processes involves using reactive extrusion and solvent optimization to efficiently separate the lignin-rich solid fraction from the protein-rich green juice, with a focus on enhancing both protein extraction and lignocellulosic particle quality. (iii) development of bio-based materials explores suitable processing methods depending on the characteristics of the lignocellulosic fraction. Fine fibers and thick, porous stem pieces can be adapted to different kinds of applications. By integrating agricultural, industrial, and environmental objectives, this project contributes to the advancement of sustainable biorefinery strategies. Through the complete valorization of alfalfa, this research supports the development of low-carbon materials and promotes circular economy principles.