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Production d’Acide Lactique par Lactobacillus Rhamnosus sur Milieu à Base de Jus de Dattes
A. Boudjelal 1 et N. Nancib 2
1Département de Biochiinie, Université Badji Mokhtar, B.P. 12, Sidi Amar, Annaba 2Université Ferhat Abbas , Sétif
Résumé – L’industrie agro-alimentaire génère d’importantes quantités de déchets le plus souvent non valorisés. Le secteur phoenicicole algérien fournit à chaque campagne près de 60 000 tonnes de déchets de dattes. Ils proviennent soit directement des palmeraies, soit des écarts des stations de conditionnement et sont impropres à la consommation. Les dattes, de part leur grande richesse en hydrates de carbone et leur conservation relativement longue, offrent de nombreuses possibilités technologiques suivant les traitement auxquels elles sont soumises. En effet, elles peuvent servir en tant que matières premières dans la fermentation pour la production de divers métabolites tels que l’acide citrique, l’éthanol, la vitamine B12, l’oxytétracycline et l’acide lactique. L’objectif de ce travail, a pour but l’utilisation du jus de dattes comme .substrat dans la fermentation pour la production d’acide lactique par une souche de Lactobacillus rhamnosus. Des essais de fermentation ont été menés au laboratoire afin d’optimiser les conditions de cultures et d’améliorer ainsi les performances de la souche. Les résultats obtenus à partir des essais de fermentation montrent que Lactobacillus rhamnosus peut produire jusqu’à 30 g/l d’acide lactique sur milieu à base de jus de dattes contenant 60 g/l de sucres totaux. Une production maximale de 47 g/l, d’acide lactique a été atteinte après optimisation des conditions physico-chimiques avec lesquelles une série d’essais de fermentation a été réalisée.
Abstract - The use of date juice as substrate for lactic acid production was investigated. Lactobacillus rhamnosus as examined as possible production. The batch cultures were realized to study the nutritional requirement of the strain and to optimise the conditions of the culture. These studies have allowed to describe the effects of carbon substrate, nitrogen substrate, salts, and optimal temperature and pH on the production of lactic acid. Date juice as carbon source was found to be satisfactory at a concentration of 60 g/l. As date juice alone is a poor nitrogen source and salts for Lactobacillus rhamnosus, different supplementations, such as yeast extract, MgSO4, MnSO4, FeSO4, K2HPO4, KH2PO4 and tween 80 have been proposed. The production of lactic acid was increased with respect to non supplemented date juice.
Effectively with date juice supplemented a satisfactory lactic acid concentration 43.5 g/l was obtained. The production increased when the conditions of the culture were study. The batch cultures were realized to optimise the temperature and the pH.47g/l with 38 °C and pH of 6 which is very interesting compared to 50 g/l of lactic acid obtained with MRS.
Mots clés: Acide lactique – Lactobacillus rhamnosus - Jus de dattes - Fermentation - Conditions physico- chimiques.
1. INTRODUCTION
L’industrie agro-alimentaire génère d’importantes quantités de déchets. Le secteur phoenicole algérien fournit à chaque campagne près de 60.000 tonnes de déchets de datte [1]. Ils proviennent soit directement des palmeraies, soit des écarts des stations de conditionnement. Ce fruit quoique déficient en matières azotées (entre 1.5 et 3 % du poids total), est doté d’une teneur élevée (entre 60 et 70 % du poids total) en sucres tels que : le glucose, le fructose et le saccharose [2].
Les dattes de part leur grande richesse en sucres et leur conservation relativement longue [3], offrent de nombreuses possibilités technologiques suivant le traitement auquel elles sont soumises. En effet, elles peuvent servir en tant que matière première en fermentation pour la production de divers métabolites tels que l’acide citrique, l’oxytétracycline, l’alcool, la vitamine B12, les ferments lactiques ainsi que la levure de boulangerie [4].
L’acide lactique est un acide organique naturel. Celui-ci trouve diverses applications dans les industries chimiques, alimentaires et pharmaceutiques [5]. Il est également utilisé notamment dans la production de polymères biodégradables [6].
La production d’acide lactique par des micro-organismes s’est bien développée ces dernières années.
Cependant, elle utilise souvent des procédés de fermentation faisant intervenir des substrats relativement onéreux, tels que l’extrait de levure, le glucose ou le lactose. Par ailleurs, un grand nombre de milieux de culture à base de substrats autres que les dattes ont été mis au point et étudiés pour la production de l’acide lactique [5, 7, 8].
L’objectif de ce travail vise l’utilisation du jus de dattes comme substrat dans la fermentation pour la production d’acide lactique par une souche de Lactobacillus rhamnosus. Des essais de fermentation ont été menés au laboratoire afin d’optimiser les conditions de cultures et d’améliorer ainsi les performances de la souche mise à l’étude.
2. MATERIELS ET METHODES 2.1 Micro-organisme
La souche utilisée dans ce travail est Lactobacillus rhamnosus (LBC80 10D), fournie gracieusement par le groupe Rhône Poulenc (France). La souche stockée dans le milieu MRS en présence de glycérol à 10 % est conservée à - 20 °C. La composition du milieu utilisé est la suivante (g/l) : peptone, 10; extrait de viande, 10;
extrait de levure, 5; K2HPO4, 2; NaCH3CO2 3H2O, 5; citrate d’ammonium, 2; MgSO47H2O, 0,2; MnSO44H2O, 0,05; glucose, 20; Tween 80 (1ml). Le pH du milieu prêt à l’emploi est de 6,5.
La phase de réactivation est réalisée après deux repiquages successives à 42 °C pendant 2 h sur milieu MRS liquide [9].
2.2 Extraction du jus de datte
Les dattes sont soigneusement lavées et dénoyautées. L’eau est additionnée à raison de deux litres par kilogramme de pulpes. Le mélange est chauffé à 80 °C pendant 2 h. L’extrait obtenu est centrifugé à 5000 rpm pendant 30 mn afin de séparer les débris cellulosiques. Le surnageant recueilli puis dilué aux proportions voulues est utilisé comme source de carbone et d’énergie.
2.3 Fermentations
Des cultures en batch ont été réalisées en erlenmeyers de 250 ml avec un volume utile de 100 ml, inoculées en présence du milieu MRS et incubés à 42 °C pendant 24 h à 200 rpm. Des cultures similaires ont également été conduites dans un réacteur LKB de 6 litres avec un volume utile de 3 litres. Le pH est maintenu à 6,5 par addition automatique d’une solution de NH4OH 5M.
L’évolution de la biomasse, la consommation du glucose et la production d’acide lactique sont suivies à des intervalles de temps réguliers.
2.4 Méthodes d’analyses
L’évolution de la biomasse est déterminée par mesure de la densité optique (DO) à 570 nm. La concentration de l’acide lactique est déterminée par titrage de l’acidité avec du NaOH 0.1N. La quantité du glucose consommé durant la fermentation est déterminée grâce à une méthode enzymatique utilisant l’autoanalyseur ‘Technicon II’.
3. RESULTATS ET DISCUSSION 3.1 Effet de la concentration initiale des sucres contenus dans le jus de datte
Différentes concentrations de sucres totaux respectivement : 10, 20, 40, 60 et 80 g/l contenus dans le jus de datte ont été testées. Les résultats obtenus (tableau 1), montrent que le jus de datte est favorable à la croissance et à la production d’acide lactique par Lactobacillus rhamnosus.
Tableau 1: Effet de la concentration initiale des sucres totaux du jus de datte sur la croissance et la production d’acide lactique par Lactobacillus rhamnosus
Sucres totaux du jus de datte (g/l) Biomasse (g/1) Acide lactique (g/1) Contrôle
10 20 40 60 80
6,8 1,45 1,55 2,04 2,24 2,23
50 9 25 28 30 30 Contrôle = milieu MRS liquide uniquement.
En effet, il a été constaté que la biomasse ainsi que la production d’acide lactique augmentent après addition des sucres totaux contenus dans le jus de datte atteignant ainsi un maximum de rendement quand le milieu de culture renferme 60 g/1 de sucres totaux. La production d’acide lactique est donc nettement plus faible que celle obtenue sur milieu MRS sans addition de jus de dattes.
3.2 Etude d’une supplémentation en sels minéraux
Cinq sels ont été retenus pour leurs effet positifs connus sur la croissance et la production d’acide lactique : MgSO4, MnSO4, FeSO4, K2HPO4, KH2PO4. Les résultats obtenus (tableaux 2, 3, 4 et 5) montrent que la biomasse et la production d’acide lactique augmentent après addition de chaque sel.
Tableau 2: Effet du MgSO4 sur la croissance et la production d’acide lactique par Lactobacillus rhamnosus
MgSO4 (g/l) Biomasse (g/1) Acide lactique (g/1)
0 0,1 0,2 0,4 0,6
2,30 2,60 2,95 2,90 2,94
26 32 34 34 34
Tableau 3: Effet du MnSO4 sur la croissance et la production d’acide lactique par Lactobacillus rhamnosus
MnSO4 (g/l) Biomasse (g/1) Acide lactique (g/1)
0 0,01 0,02 0,03 0,04
2,50 2,75 2,80 2,82 2,79
29 32 35 35 34
Tableau 4: Effet du FeSO4 sur la croissance et la production d’acide lactique par Lactobacillus rhamnosus
FeSO4 (g/l) Biomasse (g/1) Acide lactique (g/1)
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05
2,60 2,65 2,75 2,90 2,70 2,85
30 32 34 36 36 36
Tableau 5: Effet du K2HPO4 et du KH2PO4 sur la croissance et la production d’acide lactique par Lactobacillus rhamnosus
K2HPO4 / KH2PO4 (g/l) Biomasse (g/1) Acide lactique (g/1) 0/0
0,1/0,1 0,2/0,2 0,3/0,3 0,4/0,4 0,5/0,5 0,6/0,6 0,8/0,8
2,60 2,80 2,95 3,05 3,20 3,35 3,34 3,34
30 33 34 36 36 38 38 38
Effet du tween 80
Le tween 80 permet une meilleure excrétion du lactate par la cellule en créant des pores dans la membrane.
C’est durant cet essai de fermentation en batch que les meilleurs rendements en biomasse et en acide lactique ont été obtenus (tableau 6).
Tableau 6: Effet du tween 80 sur la croissance et la production d’acide lactique par Lactobacillus rhamnosus
Tween (ml) Biomasse (g/1) Acide lactique (g/1)
0 0,5 1,0 1,5 2,0
2,70 2,75 2,80 2,79 2,78
36 37 40 40 40
3.3 Etude d’une supplémentation en source d’azote
Afin d’améliorer la production d’acide lactique par Lactobacillus rhamnosus, le jus de datte a été enrichi avec différentes concentrations en extrait de levure respectivement : 0,5, 10, 20 et 30 g/l. Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau 7.
Tableau 7: Effet de l’extrait de levure sur la croissance et la production d’acide lactique par Lactobacillus rhamnosus
Extrait de levure (g/l) Biomasse (g/1) Acide lactique (g/1) 0
5 10 20 30
2,20 3,98 5,27 5,81 5,80
30 35 40 43,5
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3.4 Etude des conditions de culture
3.4.1 Effet de la température sur la production d’acide lactique par Lactobacillus rhamnosus
Quatre cultures ont été conduites pour étudier l’effet de la température sur les différents paramètres cinétiques. Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau 8.
Tableau 8: Comparaison des paramètres cinétiques à différentes températures Températures
(°C) max (h-1) X max (g/l) p (h-1) Lactate max
(g/l) Pv (g/l.h) Ps (g/h.h) 30
38 42 45
0,210 0,310 0,280 0,230
13,575 15,400 15,000 14,250
0,925 1,160 1,025 0,975
35 45 42 40
0,400 0,480 0,414 0,375
0,375 0,420 0,400 0,395 max : vitesse spécifique maximale de croissance. X max : concentration maximale en biomasse.
p : vitesse spécifique de croissance. Pv : productivité volumétrique. Ps : productivité spécifique.
3.4.2 Effet du pH sur la production d’acide lactique par Lactobacillus rhamnosus
Plusieurs fermentations en batch ont été menées à différentes valeurs du pH. Les résultats obtenus sont représentés dans le tableau 9.
Tableau 9: Comparaison des paramètres cinétiques avec et sans régulation du pH pH max (h-1) X max
(g/l) p (h-1) s (h-1) Lactate
max (g/l) Pv (g/l.h) Ps (g/h.h) 5,0
5,5 6,0 6,5 Non régulé
0,134 0,210 0,260 0,224 0,114
9,775 14,825 15,425 14,114 8,525
1,100 1,250 2,270 1,660 0,862
0,660 0,825 0,980 0845 0,400
35 40 47 44 32
0,314 0,414 0,487 0,425 0,232
0,025 0,385 0,402 0,475 0,109
max : vitesse spécifique maximale de croissance. X max : concentration maximale en biomasse.
p : vitesse spécifique de croissance. s : Vitesse spécifique de consommation.
Pv : productivité volumétrique. Ps : productivité spécifique.
4. CONCLUSION
Les résultats obtenus à partir des essais de fermentation montrent que le Lactobacillus rhamnosus peut produire jusqu’à 30 g/l d’acide lactique sur milieu à base de jus de dattes contenant 60 g/1 de sucres totaux. Une production maximale de 47 g/l d’acide lactique a été atteinte après optimisation des conditions physico- chimiques.
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