Table des tableaux
3. Fractionnement et analyse des hydrosolubles/liposolubles à grande échelle et évaluation des propriétés fonctionnelles
3.3. Evaluation des propriétés fonctionnelles des fractions hydrosolubles
Afin de pouvoir comparer les résultats avec ceux obtenus précédemment sur la souche d’H. pluvialis verte, les fractions hydrosolubles ont été lyophilisées, puis remises en solution à pH neutre et à une concentration de 2 g/L en protéines. Ainsi, les capacités émulsifiantes (CE), les stabilités (SE) et les index d’activité émulsifiante (IAE) ont pu être comparées aux valeurs des surnageants de broyage, rétentat et perméat d’ultrafiltration de la souche verte, obtenus également pour des concentrations à 2 g/L en protéines (Tableau 18).
152 Tableau 18 Propriétés émulsifiantes du surnageant de broyage (SBr) et des surnageants de floculation obtenus avec 0,075 % de PEI à pH 7,4 et 0,100 % de PEI à pH 8,5. Pour rappel, les valeurs du surnageant de broyage de la souche d’H. pluvialis verte (SBv), du rétentat et du perméat d’ultrafiltration à 1 kDa ont été reportés. Capacité émulsifiante (CE, mL d’huile / g de protéines), stabilité d’émulsion (SE, %) et index d’activité émulsifiante (IAE, m²/g).
Echantillons (2 g/L) Propriétés émulsifiantes CE
(mL d’huile / g de protéines) SE (%) IAE (m2/g)
SBr 2074 ± 27 71 ± 2 114 ± 9 0,075 % PEI pH 7,4 1921 ± 12 75 ± 1 121 ± 5 0,100 % PEI pH 8,5 1343 ± 21 42 ± 3 43 ± 8 SBv 2106 ± 48 75 ± 3 119 ± 10 Rétentat 1 kDa 2479 ± 65 77 ± 1 101 ± 6 Perméat 1 kDa 989 ± 53 30 ± 4 27 ± 3
Les capacités émulsifiantes du surnageant de broyage d’H. pluvialis rouge (SBr) et du surnageant de floculation obtenu pour 0,075 % de PEI à pH 7,4 sont du même ordre de grandeur (respectivement 2074 ± 27 et 1921 ± 12 mL d’huile/g de protéines). Ces valeurs sont similaires à celles obtenues pour le surnageant de broyage d’H. pluvialis vert (SBv) et légèrement inférieures à celles du rétentat d’ultrafiltration à 1 kDa précédemment testé. Tout d’abord, ces résultats confirment que bien que le SBr soit naturellement moins riche en protéines que le SBv, si la concentration en protéines est normalisée (ici 2 g/L), les capacités émulsifiantes sont similaires, indiquant qu’ils contiennent globalement le même type de protéines (poids moléculaires et hydrophobicité). Pour le surnageant de floculation obtenu pour 0,075 % de PEI à pH 7,4, l’étude en chromatographie d’exclusion stérique a montré une légère perte en protéines de haut poids moléculaires. Néanmoins, cette perte est limitée puisque près de 90% des protéines initialement présentes dans le SBr sont conservées. De ce fait, il semble logique que la capacité émulsifiante mesurée soit du même ordre de grandeur. En revanche, la capacité émulsifiante mesurée pour le surnageant de floculation obtenu pour 0,100 % de PEI à pH 8,5 est significativement plus faible (1343 ± 21 mL d’huile / g de protéines). Ceci peut s’expliquer par la perte importante de protéines de hauts poids moléculaires observée par chromatographie d’exclusion stérique. Néanmoins, cette capacité émulsifiante est plus importante que celle du perméat d’ultrafiltration à 1 kDa précédemment testé pour la souche verte, et qui était constitué majoritairement de peptides. En ce qui concerne les valeurs de stabilité mesurées après 24h, les résultats montrent la même tendance, à savoir des stabilités équivalentes pour le SBr, le SBv, le surnageant de floculation obtenu pour 0,075 % de PEI à pH 7,4 et le rétentat d’ultrafiltration
153 (71 ± 2, 75 ± 3, 75 ± 1 et 77 ± 1 % respectivement). Pour le perméat d’ultrafiltration à 1 kDa, une stabilité plus faible avait été observée (30 ± 4 %). Pour expliquer ce résultat, une hypothèse liée à la présence de protéines de plus faibles poids moléculaires a été formulée. En effet, il a été montré que les molécules de hautes masses molaires limitent le phénomène de coalescence et agissent contre la dégradation de l'émulsion par la présence de forces stériques importantes (Damodaran, 2005 ; Choplin et al,.2006). En revanche, les molécules de faibles poids moléculaires ont très peu de forces stériques, ce qui réduit leur capacité à maintenir une émulsion stable. Dans le cas du surnageant de floculation obtenu pour 0,100 % de PEI à pH 8,5, la stabilité observée est intermédiaire entre celles des surnageants de broyage et celle du perméat d’ultrafiltration (42 ± 3 %). Ce résultat semble donc cohérent puisque le poids moléculaire moyen des protéines qui le constitue est également intermédiaire entre ces deux matrices.
Enfin, pour l’index d’activité émulsifiante, les valeurs sont à nouveau équivalentes pour le SBr, le SBv, le surnageant de floculation obtenu pour 0,075 % de PEI à pH 7,4 et le rétentat d’ultrafiltration (114 ± 9, 119 ±10, 121 ± 5, et 101 ± 6 % respectivement). Le surnageant de floculation obtenu pour 0,100 % de PEI à pH 8,5 présente lui un IAE intermédiaire (43 ± 8 %) entre celui de ce premier groupe et la valeur obtenue pour le perméat d’ultrafiltration à 1 kDa (27 ± 3 %). Encore une fois, ce résultat est cohérent puisque l’importante valeur de l’index d’activité émulsifiante (IAE) associée à la stabilité reflète une grande surface interfaciale et la déstabilisation de l'émulsion due à la coalescence est probablement freinée par les composés de hautes masses molaires (Dickinson and Stainsby, 1982).
4. Conclusion partielle
La floculation au PEI sur des volumes de 500 mL a donc confirmé les résultats obtenus précédemment pour des volumes de 25 mL pour les deux conditions retenues. Elle permet donc un fractionnement efficace des fractions hydrosolubles et liposolubles, avec 89,8 % des protéines et 100 % des sucres conservés dans le surnageant pour une floculation avec 0,075 % de PEI et à pH 7,4, et 61,2 % des protéines et 100 % des sucres conservés dans le surnageant pour une floculation avec 0,100 % de PEI et à pH 8,5. L’analyse de répartition des profils de poids moléculaires par chromatographie d’exclusion stérique a montré que les protéines perdues correspondent principalement à des protéines de haut poids moléculaire, peut-être « entrainées » par la floculation des lipides et pigments. Dans les 2 conditions testées, la majorité des lipides et des pigments se retrouvent dans le culot, d’où ils peuvent être facilement extraits (respectivement 94 % et 96 %). La faible quantité de pigments résiduels dans le
154 surnageant de floculation avec 0,075 % de PEI et à pH 7,4, responsable d’une turbidité à 750 nm non nulle (0,14 uA) a été identifiée comme étant très majoritairement du β-carotène, pigment présentant un moindre intérêt économique par rapport à l’astaxanthine.
L’analyse des propriétés fonctionnelles des surnageants de floculation a montré que pour le surnageant de floculation avec 0,075 % de PEI et à pH 7,4, la capacité émulsifiante, la stabilité de l’émulsion, et l’index d’activité émulsifiante sont similaires à ceux du surnageant de broyage non fractionné, alors que les performances sont dégradées pour une floculation avec 0,100 % de PEI et à pH 8,5.
L’ensemble de ces résultats confirme donc l’intérêt de la floculation au PEI, qui n’avait jamais été testée sur des microalgues, pour le fractionnement des molécules hydrosolubles et liposolubles d’Haematococcus pluvialis. La condition de traitement avec 0,075 % de PEI et à pH 7,4 semble être le meilleur choix puisqu’elle permet un meilleur fractionnement liposolubles/hydrosolubles en limitant les pertes en protéines et sans dégradation des propriétés fonctionnelles par rapport au surnageant de broyage non fractionné. Par ailleurs, la quantité de PEI étant plus faible, le coût de traitement sera d’autant moins élevé. Cet aspect économique est évidemment un point important à prendre en considération lors de la mise en place d’un schéma de bioraffinerie. Dans le cas de la floculation au PEI, le coût de traitement semble raisonnable. Dans le cas de cette étude, le PEI a été acheté auprès de la société Sigma-Aldrich au tarif de 60 euros/L, mais il est probable que le tarif serait inférieur si le volume d’achat était plus important. Néanmoins, sur cette base tarifaire, et sachant que le traitement nécessite 150 mL de PEI pour 100 L de surnageant (2 kg MS de biomasse) le coût serait donc de 4,5 euros par kg de biomasse sèche. Enfin, plusieurs pistes existent afin d’optimiser encore ce procédé. Tout d’abord, la possibilité de réutilisation du PEI doit être envisagée après récupération de la fraction liposoluble, ce qui permettrait d’abaisser encore le coût de traitement. Afin de faciliter cette réutilisation, il serait intéressant de tester l’efficacité du PEI fixé sur un support. En effet, le PEI existe sous une forme greffée sur des billes de silice pour des applications en chromatographie basse pression. Si les performances de floculation du PEI ne sont pas altérées par ce greffage, l’utilisation de ce type de support pourrait permettre une séparation du floculat par simple décantation (à la place d’une centrifugation), et la réutilisation des billes pour un nombre de cycles qui reste à déterminer. Enfin, l’utilisation de ce support pourrait peut-être éviter l’étape de dilution du surnageant au ½ qui implique par exemple la nécessité de reconcentrer la fraction hydrosoluble si l’on veut l’exploiter pour ses propriétés fonctionnelles.
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