Essais prélimi Essais prélimi Essais prélimi

III.4.1. Essais prélimi III.4.1. Essais prélimi III.4.1. Essais préliminaires naires naires naires

III.4.1.1. Hydrolyse enzymatique sur milieu complet

Pour étudier l’action des enzymes sur le milieu complet et sur les fractions solubles et estimer ainsi l’effet du temps de traitement hydrothermique sur le rendement de l’hydrolyse enzymatique, nous avons réalisé l’hydrolyse enzymatique de plusieurs milieux complets obtenus à différents temps de traitement hydrothermique. Le suivi de l’hydrolyse a été réalisé par dosage des extrémités réductrices libérées sous l’action des enzymes par la méthode dérivée de celle de Kidby et Davidson (1973).

Nous avons représenté la quantité de sucres réducteurs libérés par la seule action des enzymes en soustrayant celle qui a été obtenue par traitement hydrothermique. Les courbes obtenues sont données dans la figure III.49.

Les résultats obtenus montrent que le rendement (en termes de sucres réducteurs) de l’hydrolyse enzymatique de la fraction soluble (sans solide) augmente en fonction du temps de traitement thermique. Ceci pourrait être dû à l’augmentation avec le temps de traitement de la

Figure III.49.

Figure III.49.

Figure III.49.

Figure III.49. Effet de la concentration de la fraction solide sur le taux de l’hydrolyse enzymatique des milieux complets correspondant à différents temps de traitements hydrothermiques

137 concentration en substrat disponible pour les enzymes. Cependant, en milieu complet, l’hydrolyse enzymatique atteint un maximum au bout d’une heure de traitement thermique. Au delà d’une durée de 1 heure, la présence de la fraction solide rend le milieu réactionnel plus complexe ce qui peut freiner l’accession des enzymes à la fraction soluble.

Afin de vérifier l’effet de la présence du résidu solide sur le rendement de l’hydrolyse enzymatique, nous avons fait varier la concentration en solide lors de l’hydrolyse enzymatique du milieu complet. Les résultats obtenus sont représentés dans la même figure III.49. Cette figure montre bien que la variation des sucres réducteurs pour les deux concentrations de solides est la même au bout de deux heures. En effet, on atteint la même concentration de sucres réducteurs de l’ordre de 3,5 g/L avec une tendance à la stabilisation, alors que dans le cas de la fraction soluble on atteint 4 g/L. Ainsi, la concentration de résidu solide dans le milieu complet ne semble pas avoir d’effet sur le rendement d’hydrolyse enzymatique. La présence du résidu solide a même un effet inhibiteur sur l’activité enzymatique puisque pour la fraction soluble on atteint un rendement supérieur à celui obtenu en milieu complet. D’où la nécessité de faire agir les enzymes seulement sur les fractions solubles.

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Comparaison des cinétiques d’hydrolyse enzymatique d’un milieu complet et d’un milieu soluble

Pour mieux caractériser la réaction enzymatique des fractions solubles et en milieu complet nous avons suivi la cinétique en fonction du temps de l’hydrolyse de chacune de ces fractions par la xylanase Roquette (Figure III.50). Le suivi de l’hydrolyse a été réalisé par dosage des extrémités réductrices libérées par la méthode dérivée de celle de Kidby et Davidson (1973).

138 La figure III.50 montre que l’hydrolyse en milieu soluble est beaucoup plus rapide qu’en milieu complet. Ceci peut avoir pour origine la diffusion de l’enzyme, la complexité du milieu ou encore l’inhibition par la présence d’insolubles. De plus, l’hydrolyse enzymatique d’un milieu soluble a permis d’atteindre des concentrations en sucres réducteurs beaucoup plus élevées que celles obtenues en milieu complet. On confirme donc la nécessité de faire agir les enzymes seulement sur les fractions solubles afin de saccharifier les produits solubilisés par traitement hydrothermique.

III.4.1.2. Hydrolyse enzymatique du résidu solide de la bagasse

Les résidus solides de la bagasse de canne à sucre issu d’un traitement hydrothermique à différentes durées ont subi une hydrolyse par l’endoxylanase de Roquette dans le but d’évaluer les xylanes pouvant encore être contenus dans la partie solide. Les sucres réducteurs libérés ont été déterminés également par la méthode dérivée de celle de Kidby et Davidson (1973) et les résultats sont représentés dans la figure III.51.

Figure III.50 Figure III.50 Figure III.50

Figure III.50. Hydrolyse enzymatique (par la xylanase de Roquette 40 UI/ml) en milieu complet et en milieu soluble obtenu par traitement hydrothermique de la bagasse de canne à sucre (170°C pendant 2h)

139 La figure III.51 montre que plus le temps de traitement hydrothermique augmente plus la structure du résidu solide de la bagasse traitée est dégradée et fragilisée ce qui la rend plus facilement hydrolysable par la xylanase. Au bout de 35 minutes de traitement la structure de la bagasse ne change plus ce qui explique le palier d’activité atteint.

Ce résultat montre que le résidu solide de la bagasse traitée n’est pas complètement épuisé et pourrait être encore dirigé vers d’autres voies de valorisation telle que son utilisation comme source de carbone en milieu de culture de microorganismes présentant un intérêt pour la production d’activités enzymatiques (par exemple la souche RutC30 sur milieu solide bagasse).

III.4.1.3. Hydrolyse enzymatique des fractions solubles

Les premiers essais de l’hydrolyse enzymatique des fractions solubles avaient pour objectif d’évaluer l’apport de cette étape dans le rendement final de solubilisation des xylanes à partir de la bagasse de canne à sucre.

La figure III.52 montre une comparaison des concentrations de sucres réducteurs libérés par la combinaison du traitement hydrothermique avec une hydrolyse enzymatique et celles

Figure III.51.

Figure III.51.

Figure III.51.

Figure III.51. Hydrolyse enzymatique par l’endoxylanase de Roquette (40 UI/ml pendant 24 heures) des résidus solides de la bagasse prétraitée (20 g/L) obtenus à différents temps de traitement hydrothermique

140 obtenues par une hydrolyse enzymatique seule ou un traitement thermique seul de la bagasse.

L’observation de la figure montre que le traitement enzymatique permet d’obtenir 4 g/L alors que 6 g/L de sucres réducteurs sont libérés par la combinaison des deux traitements enzymatique et thermique. Ces 4g/L représentent 66% du rendement de conversion maximum. Ils sont obtenus par l’hydrolyse enzymatique, alors que le traitement thermique seul plafonne à un peu mois de 2 g/L (moins du 1/3 de ce qu’on peut espérer obtenir par la combinaison des 2 traitements.

Ces résultats obtenus sur l’hydrolyse enzymatique constituent des données préliminaires qui ont permis de démontrer l’importance de cette étape dans l’élaboration d’un protocole d’extraction de xylose à partir de la bagasse de canne à sucre. En effet, l’action combinée d’une endoxylanase et une β-xylosidase donne 66% de rendement et permet de terminer la conversion en monomère de xylose les dérivés hémicellulosique solubilisés par traitement hydrothermique. Afin de mettre en place un protocole de production de xylose à partir de la bagasse de canne à sucre, une optimisation des conditions expérimentales de cette hydrolyse enzymatique est nécessaire et fera l’objet de ce qui suit.

Figure III.52.

Figure III.52.

Figure III.52.

Figure III.52. Efficacité d’un traitement hydrothermique seul, d’une hydrolyse enzymatique et de l’association traitement thermique et enzymatique de la bagasse de canne à sucre (exprimée en concentration des sucres réducteurs libérés)

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