Valorisation biotechnologique des dattes de faible valeur marchande par la production de la levure boulangère, éthanol, acide citrique et α-amylase

Abstract

Valorisation biotechnologique des dattes de faible valeur marchande par la production de la Levure Boulangère, Ethanol, Acide citrique et α-amylase La présente étude traite de la fermentation submergée afin de produire de la levure boulangère, éthanol, acide citrique et α-amylase en utilisant les rebuts de dattes produits par la Deglet-Nour et les dattes produites par Tinissine comme milieux de fermentation de base. Les différentes levures utilisées pour la production de la levure de boulangerie et l'éthanol sont huit souches de Saccharomyces cerevisiae isolées à partir de dattes produites par les différents cultivars de palmier dattier et une souche ATCC 1102. Pour la production d'acide citrique et d'α-amylase, nous avons utilisé une souche d'Aspergillus niger ATCC 16404, une souche d'Aspergillus niger ANSS isolée à partir d'un échantillon du sol de la région de M'ghaier et une souche de Candida guilliermondii (CGL) isolée à partir du levain. La production de ces métabolites a été réalisée sur Erlenmeyers et sur fermenteur agité ayant une capacité de 3 litres. Différentes conditions de fermentation telles que, la période d'incubation, la quantité en inoculums, la concentration en sucres, la source azotée et la concentration en phosphate d'ammonium ont été optimisées afin d'améliorer les rendements en levure boulangère et en éthanol. Concernant la production d'acide citrique et d'α-amylase, les conditions de fermentation suivantes à savoir, la période d'incubation, la température, la teneur en sucres, les teneurs en éthanol et méthanol, le pH initial, le taux d'aération, la source azotée, les teneurs en azote et en phosphore ont été optimisés. Les résultats obtenus dans cette étude indiquent que les rebuts de dattes et les dattes produites par Tinissine riches en sucres peuvent servir comme substrat à moindre coût pour la production de la levure boulangère, éthanol, acide citrique et α-amylase en utilisant les différentes souches de Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus niger et Candida guilliermondii. En ce sens, l'étude de la cinétique de croissance de huit souches de Saccharomyces cerevisiae isolées à partir des dattes montrent que les souches DB, HW et TTB donnent les meilleurs résultats à savoir, un temps de génération réduit, un taux de croissance élevé et un rendement en biomasse élevé. Quant à la fermentation en Fed-Batch, les meilleurs résultats ont été obtenus avec un taux de dilution de 0.22 h-1 à savoir un rendement en biomasse de 29.2 à 32.9 g/L. Par ailleurs, les milieux à base de dattes donnent des rendements en biomasse élevés comparables à ceux du milieu à base de mélasse. De ce fait, on peut préconiser les rebuts de dattes et les dattes de faible valeur marchande comme substrat de substitution à la mélasse pour la production de la levure boulangère. En outre, les souches DB, TTB et HW donnent des rendements en biomasse élevés soient 31.5 - 34.54 g/L comparables à ceux de la souche ATCC 1102 soit 32.9 g/L. Néanmoins, l'optimisation des paramètres de fabrication de la levure boulangère cultivée sur substrat à base de dattes afin d'améliorer les rendements est souhaitable. En ce sens, l’utilisation du sulfate d’ammonium et de l’urée à 50 - 50 % améliore de plus de 17.3 à 36.0 %, le rendement en biomasse par rapport à l’urée. Aussi, l’utilisation du phosphate d’ammonium comme source azotée améliore de 36.7 à 55.0 %, le rendement en biomasse. Quant à la source vitaminique, les résultats obtenus montrent qu’il n’est pas nécessaire d’apporter des vitamines au cours de la fermentation malgré une légère amélioration des rendements soit plus de 6.0 % en ajoutant 0.6 mg/L de thiamine. Quant à la production d'éthanol, les rendements optimum obtenus avec les souches de Saccharomyces cerevisiae ATCC 1102, HW et DB sont de 1310, 117.5 et 136.0 g/L, respectivement sous les conditions optimales suivantes à savoir, une période d'incubation de 72 h, une quantité en inoculums de 4 % (w/v), une teneur en sucres de 180.0 g/L et une teneur en phosphate d'ammonium de 1.0 g/L. Concernant la production d'acide citrique, cette dernière atteint son maximum à 144 h après inoculation. D'autre part, le méthanol ajouté 24 h après inoculation agit directement sur la morphologie du mycélium. Aussi, il permet d'améliorer la perméabilité des membranes cellulaires permettant ainsi une excrétion accrue d'acide citrique par les cellules mycéliennes. De plus, les conditions optimales pour une production maximale en acide citrique sont, une température de 30 ° C, une teneur en sucres de 150.0 g/L, une teneur en méthanol de 3.0 %, un pH initial de 3.5, un taux d'aération de 1.0/L/L/min, des teneurs en nitrate d'ammonium et en phosphate de potassium de 2.5 g/L. Sous ces conditions optimales, les rendements en acide citrique obtenus avec les souches d'Aspergillus niger ANSS et ATCC 16404 par utilisation des rebuts de dattes et les dattes produites par Tinissine comme milieux de fermentation de base sont de 98.42 g/L et 106.44 - 126.40 g/L, respectivement. Concernant la production d’α-amylase, les conditions de culture optimales sont, une période de fermentation de 96 h, une température de 30 °C, un pH initial de 5.5, une teneur en sucres de 20.0 g/L et des teneurs en extrait de levure et en phosphate de potassium de 5.0 g/L. Sous ces conditions optimales, les activités enzymatiques maximales obtenues sont de 3080.66 et 2600 µmoles/L/min, respectivement sur milieux à base de Rebuts de Deglet-Nour et les dattes produites par Tinissine. Quant à Candida guilliermondii, les résultats obtenus montrent que la présence d’amidon induit fortement la production d'α-amylase avec un maximum à 5.0 g/L. Parmi les différentes sources d’azote testées, l’extrait de levure et l’urée à 5.0 g/L ont donné le maximum de biomasse et d'α-amylase estimées à 5.16 - 5.76 g/L et 2056.33 - 2304.19 μmoles/L/min, respectivement après 72 h d’incubation à 30°C, avec un pH initial de 6.0 et une teneur en phosphate de potassium de 6.0 g/L.