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Biotransformation des sous –produits des IAA Master 1 Sécurité Agroalimentaire

Biotransformation des sous –produits des IAA Master 1 Sécurité Agroalimentaire et Assurance qualité Mme Fernane Plan du cours 1-Généralités 2-Valorisation des sous-produits alimentaires  Valorisation par biotransformation  Procédés généraux de biotransformation : La méthanisation 3-Exemples de biotransformation des sous-produits des IAA I. Valorisation des sous-produits des dattes II. Valorisation des sous-produits de laiterie (lactosérum) III. Valorisation des coproduits de l’olive IV. Valorisation des coproduits de l’industrie sucrière I- Généralités - Valorisation par méthanisation 1-Généralités Les activités agricoles et agro-industrielles génèrent des quantités importantes de déchets qui constituent une nuisance certaine pour l’environnement et un gaspillage de matière organique utile. De nombreuses études ont démontré que ces déchets, riches en matière organique sont des produits nobles et constituent de nouvelles matières premières pour de nombreuses industries. De nombreux sous-produits rejetés par l’industrie alimentaire peuvent être récupérés et utilisés dans différents secteurs industriels et agricoles, selon leurs caractéristiques et les possibilités des marchés. La valorisation des déchets agroalimentaires par les microorganismes (valorisation biotechnologique) ou biotransformation des sous-produits est une technique très appliquée actuellement, elle permet en effet la création d’emplois, de nouvelles sources et constitue une avancée technologique certaine. Définitions -L’industrie agroalimentaire (en abrégé IAA) est l'ensemble des activités industrielles qui transforment des productions issues de l’agriculture ou de la pêche en produits alimentaires destinés essentiellement à la consommation humaine. -Les sous-produits des IAA 1 Les sous-produits sont des produits résidus qui apparaissent durant la fabrication ou la distribution d’un produit fini. Ce sont des déchets issus essentiellement de l'industrie agro- alimentaire et du secteur agricole. Ils sont générés par les activités de transformation des produits végétaux et animaux. Ils se caractérisent par une grande hétérogénéité (lactosérum, marcs de raisin, vinasses, déchets de légumes ou de fruits, déchets de l'industrie de la viande...) et par leur capacité à subir une fermentation (utilisation pour la méthanisation comme exemple). Différents sous-produits des IAA 2-Valorisation des sous-produits alimentaires Par valorisation, on entend toute transformation de résidus ou de sous-produits industriels alimentaires en vue de les réintroduire sur le marché à titre de nouveaux ingrédients ou comme nouveaux produits. La valorisation des sous-produits et des résidus agroalimentaires représente une option économique attrayante pour les entreprises, puisqu'elle permet de réduire ou éliminer leurs coûts de disposition des résidus, tout en générant un deuxième revenu. Valorisation par biotransformation 2 La biotransformation désigne l'ensemble des mécanismes métaboliques par lesquels un sous-produit est chimiquement modifié et dégradé par un organisme (généralement un microorganisme). Procédés généraux de biotransformation : « La Méthanisation » Ces procédés consistent en une valorisation énergétique de la biomasse constituée par les déchets végétaux. -La méthanisation : La méthanisation ou digestion anaérobie, est un procédé de décomposition de la matière organique, qui, sous l'action de bactéries appropriées et en l'absence d'oxygène produit un mélange de méthane et de gaz carbonique appelés « biogaz ». Ce biogaz est utilisé pour produire de la chaleur ou de l'électricité ou encore comme carburant des véhicules. C’est un procédé naturel de dégradation de la matière organique par des bactéries, en l'absence d'oxygène, produisant un biogaz composé de méthane et de dioxyde de carbone. Cette réaction produit également un résidu, appelé « digestat », qui est ensuite possible de valoriser en tant que fertilisant pour l'agriculture. Elle peut être appliquée à différents types de déchets : graisses, déchets de conserveries de légumes, de poissons, lactosérum ..., boues de stations d'épuration urbaines ou industrielles, lisiers, eaux résiduaires des distilleries ou de betteraves en sucrerie. C'est un des moyens de valoriser les déchets organiques, en particulier ceux produits par les exploitations agricoles et les IAA. Il existe plusieurs types de méthanisation : 1-La méthanisation « à la ferme » ou méthanisation agricole : Elle est pratiquée par un agriculteur ou un groupe d'agriculteurs. Ce sont majoritairement les effluents et substrats agricoles qui sont utilisés. Il existe deux types de méthanisation : -La méthanisation « centralisée » ou « territoriale » : réalisée par des unités de grande taille, traitant des effluents agricoles et de déchets du territoire. -La méthanisation en station d'épuration des eaux usées : traitant les boues résiduaires d'épuration des eaux usées urbaines. 2-La méthanisation industrielle : essentiellement dans les secteurs de l'agro-alimentaire, la chimie et la papeterie. 3-La méthanisation des ordures ménagères : ces projets sont conduits par les collectivités (les APC et les mairies) ou des entreprises spécialisées dans la gestion des déchets. 4-La production spontanée de biogaz : dans les installations de stockage de déchets (les décharges). 3 Le processus de fermentation La fermentation anaérobie (c'est à dire en l'absence totale d'air et d'oxygène) contribue à la dégradation des matières organiques mortes et à leur transformation en éléments simples gazeux et minéraux. Les enceintes dans lesquelles se déroule la fermentation sont dénommées « fermenteurs », « réacteurs » « bioréacteurs » ou « digesteurs ». Ce sont des cuves recouvertes d'un couvercle sous lequel s'accumule le biogaz qu'on soutire au fur et à mesure qu'il est produit. C'est un processus naturel qui se fait sous l'action de bactéries. La fermentation sans oxygène (anaérobie) de déchets alimentaires ou végétaux dégage un gaz constitué de « méthane » (CH4) et de « dioxyde de carbone » (CO2) appelé « biogaz ». Les proportions respectives de méthane et de CO2 dépendent de la nature des matières fermentées. En général, le biogaz produit contient entre 55 et 65 % de méthane qui est destiné à alimenter des turbines électriques ou comme carburant pour les véhicules. Le biogaz produit par la méthanisation peut être valorisé de différentes manières : -Par la production conjointe de chaleur et d'électricité, appelée « cogénération ». -Par la production de chaleur qui sera consommée à proximité du site de production. -Par l'injection dans les réseaux de gaz naturel après une étape d'épuration. -Par la transformation du biogaz en carburant sous forme de gaz naturel véhicule (GNV). Processus de méthanisation Etapes de la méthanisation 4 Les différentes étapes de la méthanisation sont résumées dans le schéma ci-après : -Bactéries intervenant dans le processus de méthanisation Ce processus fait intervenir plusieurs types de micro-organismes classés dans trois phases distinctes :  Les bactéries hydrolytiques et fermentatives (hydrolyse et acidogénèse)  Les bactéries acétogènes (acétogénèse)  Les bactéries méthanogènes (méthanogénèse) 1-Les bactéries hydrolytiques et fermentatives L'étape d'hydrolyse est réalisée par plusieurs groupes de bactéries anaérobies strictes et facultatives dont la nature dépend de la composition qualitative et quantitative de l'alimentation. Les principales espèces appartiennent aux genres Clostridium, Bacillus, Ruminococcus, Enterobactéries, Propionibacterium et Butivibrio. 2-Les bactéries acétogènes Au cours de cette étape, l'oxydation des substrats (surtout les acides propionique et butyrique ainsi que l'éthanol) est couplée à la formation d'hydrogène, de dioxyde de carbone et d'acétate. 5 Elle représente l'activité de trois groupes de bactéries : « les homoacétogènes » des genres Clostridium, Acetobacterium, Acetogenium,…« les syntrophes » des genres Syntrophobacter, Syntrophomonas, Syntrophus... et « les sulfato-réducteurs » des genres Desulfovibrio, Desulfobacter, Desulfomonas... 3-Les bactéries méthanogènes Les bactéries actives de cette dernière étape sont réunies dans un groupe qui leur est propre : celui des « Archae ». I-Valorisation des sous-produits de dattes Introduction La datte a toujours été depuis les temps immémoriaux un des éléments les plus importants de l’alimentation tant pour les humains que pour les animaux, sa production mondiale s’élève à plus de 58 millions de tonnes plaçant l’Algérie au 6ème rang des pays producteurs de dattes avec 470 000 t/an, dont 30% sont des dattes communes à faibles valeurs marchandes, pour la plupart destinées à l’alimentation du bétail. Les dattes sont particulièrement riches en sucre et en éléments minéraux, notamment en K, Ca et Mg. Les fruits de dattes, y compris les variétés sèches, sont un véritable concentré de calories avec plus de 50% de sucres. Grâce aux procédés biotechnologiques, il est possible de valoriser les dattes communes de faible valeur marchande et de mettre sur le marché local et international, une nouvelle génération de produits à haute valeur ajoutée tel que le bioéthanol ou d’autres produits simples tels que le miel, le jus et les farines de dattes. Déchets de dattes 6 1. Définition et production de dattes La datte est le fruit comestible du palmier-dattier (Phoenix dactylifera). Le terme « datte » dérive du grec ancien dáktylos, « doigt », en référence à la forme de ce fruit. C'est un fruit charnu, oblong, de 4 à 6 cm de long, contenant un noyau allongé, marqué d'un sillon longitudinal, sa répartition géographique est liée au climat chaud et aride des régions sahariennes. La production mondiale de dattes est illustrée dans le tableau suivant : Tableau : Production mondiale des dattes (en tonnes) Irak 1100000 19 % Iran 880000 15 % Arabie saoudite 830000 14 % Émirats arabes unis 760000 13 % Pakistan 650000 11 % Algérie 450000 8 % 2. Les différents coproduits de dattes 2.1 Jus de dattes Selon les travaux de certains chercheurs Algériens, il a été possible de mettre au point un jus naturel à base de sirop de dattes (Mech-Degla et Ghars) en combinaison avec un extrait de spiruline et jus de citron uploads/Industriel/ biotransformation.pdf