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III.1. Caractérisation du substrat
III.1. Caractérisation du substrat III.1. Caractérisation du substrat
III.1. Caractérisation du substrat : La bagasse de canne à sucre : La bagasse de canne à sucre : La bagasse de canne à sucre : La bagasse de canne à sucre III.1.1. Morphologie de la bagasse de canne
III.1.1. Morphologie de la bagasse de canne III.1.1. Morphologie de la bagasse de canne
III.1.1. Morphologie de la bagasse de canne à sucre à sucre à sucre à sucre
L’accession de l’enzyme à son substrat peut être gênée par la taille et la forme des fibres de canne à sucre. Pour contrôler cet effet une comparaison a été faite entre bagasse broyée et non broyée. Des photos des échantillons de bagasse broyée (a) et non broyée (b) obtenues par microscopie photonique sont données dans la figure III.1. Cette observation microscopique montre bien l’aspect fibreux de la bagasse de canne à sucre. La photo réalisée à la même échelle correspondant à la bagasse broyée montre que le broyage n’affecte pas sa structure fibreuse, mais en diminue la taille des particules.
(a) (a)
(a)(a) (b) (b) (b) (b) Figure III.1.
Figure III.1.Figure III.1.
Figure III.1. Photos de bagasse de canne à sucre : (a) bagasse broyée, (b) bagasse non broyée
III.1.2. Composition chimique
III.1.2. Composition chimique III.1.2. Composition chimique III.1.2. Composition chimique
La composition chimique de la bagasse (en polysaccharides, sucres monomères, cendres, acides phénoliques ainsi que sa teneur en eau) a été déterminée et les résultats sont donnés dans les tableaux III.1, III.2 et III.3. Cette composition chimique confirme qu’il s’agit d’une biomasse lignocellulosique (tableau III.1) qui est majoritairement formée de cellulose, hémicelluloses et de lignine. Elle est peu hydratée puisqu’elle ne contient que 7,8% d’eau.
84 La teneur en hémicelluloses de la bagasse étudiée est 26% MS, avec le xylose comme sucre monomère prépondérant (92%) ce qui permet de suggérer que la fraction hémicellulosique de la bagasse est formée de xylanes. L’analyse de la composition monosaccharidique (tableau III.2) de la bagasse révèle la présence de l’arabinose ce qui montre que les xylanes de la bagasse sont de type arabinoxylanes.
La bagasse contient également une quantité relativement importante de lignine (20%MS) comparable à celle de la paille de blé (Rémond-Zilliox C., 1996). La lignine est responsable de la rigidité de la structure de la bagasse et influe sur sa texture en suspension dans l’eau. De plus la nature hydrophobe de la lignine réduit la facilité de la bagasse à s’hydrater. La composition en acides phénoliques de la bagasse est résumée dans le tableau III.3. On observe la prépondérance de l’acide
p
-coumarique, ce qui est typique des graminées.Tableau III.1.
Tableau III.1.Tableau III.1.
Tableau III.1. Composition chimique de la bagasse de canne à sucre Polysaccharides
Tableau III.2. Composition en sucres monomères de la bagasse de canne à sucre déterminéé par HPLC Sucres monomères
Tableau III.3. Composition en acides phénoliques de la bagasse de canne à sucre déterminéé par HPLC Acides phénoliques
85 Les traitements étant réalisés en milieu aqueux, il est donc important d’étudier le comportement de la bagasse vis-à-vis de l’eau. Ainsi, nous avons déterminé l’aptitude à absorber l’eau et le volume d’un échantillon de bagasse complètement hydraté (volume de gonflement) ainsi que l’isotherme de sorption de la vapeur d’eau.
III.1.3. Absorption d’eau et volume de gonflement III.1.3. Absorption d’eau et volume de gonflement III.1.3. Absorption d’eau et volume de gonflement III.1.3. Absorption d’eau et volume de gonflement
Les résultats obtenus ont montré une faible aptitude de la bagasse étudiée à absorber l’eau.
En effet l’absorbance d’eau a été seulement de 6,165 ± 0,6 g d’eau/g MS, avec un volume de gonflement ne dépassant pas les 1,5 ml/g bagasse sèche.
La faible densité de la bagasse (492 ± 15 kg/m3 (Rasul
et al
., 1999)) et le faible volume d’eau associée rendent nécessaire l’utilisation d’un ratio solide/liquide faible pour assurer un bon traitement thermique en milieu aqueux.III.1.4. Isotherme de sorption III.1.4. Isotherme de sorption III.1.4. Isotherme de sorption III.1.4. Isotherme de sorption
III.1.4.1. Isotherme de sorption de la bagasse
L’isotherme de sorption de vapeur d’eau décrit le comportement d’un échantillon vis-à-vis d’une atmosphère de plus en plus saturée en eau et sa faculté à s’hydrater. Le passage de l’eau de l’atmosphère à l’échantillon est d’autant plus facile que sa structure est accessible (surface spécifique élevée) et sa composition est faible en composés hydrophobes.
La figure III.2 montre l’isotherme de sorption de la vapeur d’eau de la bagasse de canne à sucre.
Figure III.2 Figure III.2 Figure III.2
Figure III.2. Isotherme de sorption de la bagasse de canne à sucre
86 La teneur en eau maximale que peut fixer la bagasse est seulement de 0,27 g d’eau/g bagasse pour une atmosphère saturée en eau (aw=1). La forte teneur de la bagasse en lignine à caractère hydrophobe pourrait expliquer la tendance de la bagasse à ne pas fixer beaucoup d’eau.
Ceci est en concordance avec les résultats précédents sur le volume de gonflement et la capacité d’absorption de l’eau.
En effet, pour des aw allant de 0 à 0,8 le niveau d’hydratation de la bagasse est faible (100 g de bagasse absorbe seulement 10 g d’eau pour une aw=0,8). Pour une valeur d’activité d’eau égale à 0.80, le gonflement de la bagasse favorise l’absorption de l’eau ce qui explique son hydratation rapide entre des activités d’eau allant de 0,8 à 1.
III.1.4.2. Eau de la couche monomoléculaire d’hydratation
La teneur en eau correspondant à la couche monomoléculaire d’hydratation est caractéristique de la nature des groupements à la surface des macromolécules. Cette teneur en eau désignée par M1 est déterminée graphiquement par la méthode de l’équation de B.E.T. (Brunauer
et al
., 1938).L’exploitation de l’isotherme d’adsorption de vapeur d’eau de la bagasse selon la méthode de B.E.T. a permis d’obtenir la valeur suivante : M1=0,022 g H2O/g bagasse à 20°C, cette teneur est très faible et pourrait être attribuée à la constitution des parois cellulaires de la bagasse à caractère hydrophobe (présence de lignine) et aussi insoluble (présence de cellulose).
La bagasse sèche est donc un substrat difficile à hydrater, d’où la nécessité de l’hydrater une nuit avant de procéder aux traitements hydrothermique ou enzymatique.
En effet, la bagasse à la sortie des moulins de sucrerie est saturée en eau d’où l’intérêt de l’intégrer directement dans un procédé de valorisation. L’implantation d’une unité de transformation au sein de la sucrerie permettant l’utilisation directe de la bagasse pourrait être intéressante d’un point de vue économique pour une éventuelle application industrielle : tout en évitant les charges de séchage d’une part et les coûts de sa réhydratation en cas de valorisation par traitement thermique en phase aqueuse d’autre part.
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