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UNIVERSITÉ DE NANTES FACULTÉ DES SCIENCES ET DES TECHNIQUES _____ ÉCOLE DOCTORA

UNIVERSITÉ DE NANTES FACULTÉ DES SCIENCES ET DES TECHNIQUES _____ ÉCOLE DOCTORALE : VEGETAL, ENVIRONNEMENT, NUTRITION, AGROALIMENTAIRE, MER Année 2012 Purification de la chitine par hydrolyse enzymatique à partir de coproduits de crevette Penaeus vannamei. Caractérisations des produits et optimisation du procédé ___________ THÈSE DE DOCTORAT Discipline : Génie des procédés Spécialité : Biochimie et biotechnologie des produits marins Présentée et soutenue publiquement par Karine LE ROUX Le 4 mai 2012, devant le jury ci-dessous Rapporteurs Examinateurs M. DESBRIERES Jacques, Professeur – Université de Pau et des Pays de l’Adour M. TRYSTRAM Gilles, Professeur – AgroParisTech M. HUBERT Antoine, Directeur de la Recherche et de l'Innovation - YNSECT M. LEGRAND Jack, Professeur – Université de Nantes M. ABDELLAH Arhaliass, Professeur – Université de Nantes M. BERGE Jean-Pascal, Cadre de recherche – IFREMER, Nantes M. BARON Régis (invité), Cadre de recherche – IFREMER, Nantes Directeurs de thèse : Jean-Pascal Bergé & Abdellah Arhaliass N° attribué par la bibliothèque Ce que signifie le mot recherche ? Vivre pleinement la question Edgar Morin (1921-) v Remerciements J’adresse tout d’abord mes plus chaleureux remerciements à Jacques Desbrières, Gilles Trystram, Antoine Hubert et Jack Legrand, pour avoir accepté de participer à ce jury de thèse. En premier lieu, je remercie et félicite les initiateurs de ce sujet de thèse, pour lequel je garde un grand intérêt au-delà de la démarche « formation » et pour lequel comme tout doctorant, je me suis investie « corps et âme » ! Je remercie vivement Régis Baron pour son encadrement, ses critiques constructives, son regard méthodique et surtout sa patience pour me rendre plus rigoureuse. Je tiens à exprimer ma reconnaissance à Abdellah Arhaliass pour sa confiance au cours de cette étude, ses encouragements et les opportunités de présenter ce travail de thèse lors de conférences et séminaires. Je tiens également à remercier vivement Jean-Pascal Bergé pour avoir accepté d’encadrer cette thèse, pour m’avoir guidée techniquement et m’avoir fait partager ses connaissances, ainsi que d’avoir su maintenir le cap de l’étude lorsque des voies divergentes étaient possibles. J’ai également bénéficié de l’aide et du soutien d’Eric Leroy, avec qui les échanges ont toujours aboutis à un bond en avant. Merci à Patrick Durand pour les informations qu’il a pu m’apporter au démarrage de la thèse. Il faut bien avouer que la chitine n’était plus beaucoup étudiée à l’IFREMER et par conséquent, la fusion des connaissances de chacun a été très précieuse. En premier lieu, Alain Domard m’a transmis l’essentiel des points à conserver en mémoire lorsqu’on étudie ce polymère, je lui en suis très reconnaissante. Ainsi qu’à Dominique Gillet et Jean-Pierre Say, des sociétés Mahtani et France Chitine, qui m’ont apporté des notions précieuses liées aux applications de la chitine et ses dérivés, et donc aux exigences concrètes du marché. J’ai toujours souhaité rechercher en lien directe avec la réalité des ressources disponibles et des demandes du marché. Stéphane Trombotto est sans aucun doute la personne qui m’a le plus enseigné sur les caractéristiques de la chitine et sur ces méthodes d’analyse. De plus je lui suis reconnaissante d’avoir pris part à l’étude, via des résultats de RMN, et j’ai beaucoup apprécié nos échanges. Parmi les résultats présentés dans ce manuscrit, une partie non négligeable n’aurait pu être obtenue sans l’équipe du MC2 de l’INRA de Nantes. Je tiens donc à exprimer mes plus vifs remerciements à Denis Lourdin, Marion de Carvellho, Alain Buléon, Bruno Pontoire et Arnaud Turbin. Certains résultats proviennent d’une autre unité de l’INRA, merci à Corinne Rondeau pour les analyses de RMN en 13C. Pour leur aide technique et scientifique, merci également à Michaël Paris de l’IMN, Virginie Sylvestre du CEISAM, ainsi que Marie-Madeleine Giraud-Guille de l’Université de Pierre & Marie Curie, Emmanuel Belammie de Montpellier, le Dr Varüm de Biopolymer, Yves Grohens de LIMAB et George Choubert, spécialiste en astaxanthine. Je remercie vivement l’ancienne équipe de S3D pour leur accueil et les échanges humains. Merci à Guillaume Roelens pour son aide précieuse en ATG et MEB. Merci à mes complices du GEPEA : Benjamin, PEF, Hélène & son mari, le voisin, Luc, Anthony, Julie, François, Anne, JB, Abdul, Seb, Farid, et j’en oublie des doctorants et des stagiaires ! Un grand merci vi également à Sandrine, Carole & Arnaud. Il est une personne que j’aurais tant aimé remercier de son vivant, Maryse, technicienne irremplaçable du GEPEA, l’incarnation de la bonne humeur, de la volonté et de l’efficacité, une profondément belle personne qui s’en est allée trop vite, trop tôt et sans crier garde. Merci pour cette leçon qui est tombée à un moment crucial. Un énorme remerciement général à mes collègues du bâtiment T du centre IFREMER de Nantes. Plus précisément, je tiens à remercier Isabelle pour sa gestion parfaite, Sylvie pour son attention, sa confiance et ses connaissances en bibliographie, Françoise pour son énergie, Fred pour son calme et sa bonne humeur, Sandrine pour sa complicité et son efficacité exemplaire, Claire pour son volontarisme et ses compétences, JP pour son humour, Camille pour sa culture générale des produits marins et des pays, Monique, Laetitia & Aurélie pour leur attention et les transmissions d’informations précieuses, les Christine pour différentes raisons (humaines et techniques), Sylvia, Corinne et Jacqueline pour leur aide, leurs connaissances en sucres et leur sympathie…Jojo, triple-J, Marc & Véronique, Mireille, Anne & Anne… vous avez tous apporté une pierre agréable à mon environnement de travail, tant pour la bonne humeur que pour les idées en R&D. Je suis également reconnaissante à Claire Boisset, Christophe Bailly, Nadia Nour et Aurélie Lecolier pour nos différents échanges. Merci également à Vincent Lorcy, pour sa participation active aux résultats au cours de son stage. La thèse est une succession d’aventures dans l’aventure, de grandes victoires autant que de déceptions et de frustrations, qu’il est difficile d’expliquer aux non-pratiquants, c’est pourquoi je tiens à remercier très spécialement mes soupapes de sécurité, amis et compères : Papa, Raoul, Emna, Zo et surtout Christelle, Anaïs, Sabrina, Gaëtan, Vincent... & Élodie, même si elle n'est pas doctorante ! Pour nos partages de « coup-de-gueule » et « coup-de-cœur » merci à Benoît, Myriam, Thierry, Marie, David, Aurélien, Dung, Cédric et j’en oublie ! Un grand bravo à mon entourage qui n’a pas eu d’autre choix que me supporter pendant ces trois années ! En particulier Alex, Marielle, mes parents et le reste de ma famille, ainsi que Tatiana, Katia, Stef, Rachou, Delphine, Sophie, Emilie, Julie, Aurélia, la Dream Team de la Défense et celle de Guiss Beach ! Enfin, je m’excuse auprès de tous ceux pour qui je suis devenue un fantôme ces dernières années… c'était pour cet ouvrage que je vous dédis ! vii SOMMAIRE LISTE DES TABLEAUX ....................................................................................................... xi LISTE DES FIGURES........................................................................................................... xii ABREVIATIONS .................................................................................................................. xvi Introduction .............................................................................................................................. 1 Chapitre 1 – Etude bibliographique ....................................................................................... 9 I. Contexte économique .................................................................................................... 11 I.1. Évolution du marché des produits marins, focus sur les crustacés ................... 11 I.2. Valorisation des coproduits marins : la chitine et ses dérivés ........................... 14 I.3. Disponibilité de la chitine, ressource naturelle ................................................. 16 II. Les domaines d’applications de la chitine et de ses dérivés ........................................ 17 II.1. Les applications dans le domaine agricole ....................................................... 18 II.2. Les applications dans le domaine du traitement de l’eau ................................. 18 II.3. Les films de chitine/ chitosan ........................................................................... 18 II.4. Les applications dans les industries alimentaires et diététiques ...................... 19 II.5. Les applications dans le domaine médical ....................................................... 20 II.6. Autres applications ........................................................................................... 22 II.7. Évolution des volumes de ventes par domaine d’application .......................... 22 II.8. Conclusions sur les caractéristiques de la chitine et ses applications .............. 23 III. Structure de la matrice chitineuse chez les crustacés ................................................. 23 III.1. La biosynthèse de la chitine ............................................................................ 23 III.2. L’organisation de la cuticule des crustacés .................................................... 24 IV. Les caractéristiques biochimiques et physicochimiques de la chitine et ses dérivés . 28 IV.1. La structure cristalline et l’indice de cristallinité ........................................... 29 IV.2. Le degré de polymérisation ............................................................................ 31 IV.3. La masse molaire et la polydispersité des longueurs de chaîne ..................... 31 IV.4. La solubilité .................................................................................................... 32 IV.5. Le degré d’acétylation et la répartition des groupes acétylés ......................... 34 V. La production de chitine et de ses dérivés par voie chimique ..................................... 35 V.1. Schéma général ................................................................................................ 35 V.2. La déminéralisation .......................................................................................... 36 V.3. La déprotéinisation .......................................................................................... 37 V.4. L’étape de blanchiment .................................................................................... 39 V.5. La désacétylation et la dépolymérisation ......................................................... 39 VI. Les traitements biologiques ....................................................................................... 41 VI.1. La voie fermentaire ......................................................................................... 41 VI.2. Déprotéinisation et de déminéralisation enzymatiques .................................. 43 VI.3. Désacétylation et dépolymérisation enzymatique .......................................... 46 VI.3.1. La désacétylation enzymatique .................................................................... 46 VI.3.2. La dépolymérisation enzymatique ou la chitinolyse ................................... 47 VII. Les enjeux de la valorisation des produits marins .................................................... 48 VII.1. Valeur ajoutée des coproduits marins ........................................................... 48 VII.1.1. Les composés protéiques ............................................................................ 49 VII.1.2. Les composés lipidiques ............................................................................ 50 VII.1.3. Les minéraux .............................................................................................. 52 VII.2. L’hydrolyse enzymatique des coproduits marins .......................................... 53 VII.3. Les objectifs envisagés par cette étude ......................................................... 53 viii Chapitre 2 – Choix des méthodes & application aux produits de référence uploads/Geographie/17470.pdf