Telechargé par Mostefaï Sara

P.O.U (Protéines d'origine Unicellulaire)

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RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT
SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITÉ DES SCIENCES ET DE LA
TECHNOLOGIE HOUARI BOUMEDIENE FACULTÉ DES SCIENCES BIOLOGIQUES
Production d’Organismes
Unicellulaires (P.O.U)
Présenté par:
Mostefaï Sara
Chikhaoui Amina
chaouche nihad
Amara selma safia
Hamadach marwa maissa
filière: biotechnologie et santé .
module: biotechnologie et application
section/groupe: K6
chargé de TD: Mme Tebtoub
sommaire
Introduction
1- Définitions
2- Historique
3- But de la production
4- Avantages et inconvénients des POU
5- Procéssus de production
6- Les avancés en Algérie
Conclusion
Introduction
Depuis très longtemps La production des protéines d’origines unicellulaires
constitue une voie potentiellement importante et nécessaire dans le but de résoudre
les problèmes cruciaux posés par le déficit en protéines alimentaire, cette production
apparait comme une solution privilégié en Algérie où la matière première pour
cultiver les micros organismes disponible en grande quantité et en prix bas. Pour cela
on pose la question: qu’est-ce que les protéines d’origines unicellulaires, quel est le
but et quels sont les procèdes de leur production ?
Quelques termes a définir
Protéine :
Une protéine est un nutriment, une grosse molécule organique composée d'une chaîne de plus de
100 acides aminés qui contiennent du carbone, de l'Hydrogène, de l'oxygène et de l'azote, et parfois
du soufre. Par définition biologique, une protéine est un polymère complexe naturel composé
d'acides aminés unis par des liaisons peptidiques; c’est une macromolécule, dont la structure est
complexe. Elle est formée à partir du code génétique de chaque individu (ADN).
 Organismes unicellulaires :
Les organismes unicellulaires sont des organismes composés d'une seule cellule, Ces cellules ne
peuvent être observées individuellement qu’à l’aide d’un microscope. Pour cette raison, les
organismes unicellulaires sont souvent appelés « micro-organismes ». Même lorsqu’on les retrouve
en groupes importants, comme c’est le cas des colonies bactériennes, chaque cellule présente toutes
les caractéristiques d’un être vivant. Les organismes unicellulaires incluent les bactéries, certains
protistes et certains champignons.
Qu’est ce que les P.O.U?
Protéines d’organisme unicellulaires :
◦ Se sont une source non conventionnelle de protéines d'origine unicellulaire.
◦ On appelle POU ou protéines d'origine unicellulaire (mieux connue sous le terme anglais
SCP Ou single cell proteins), toute biomasse microbienne destinée à l'alimentation .
◦ Il peut s'agir aussi bien d'alimentation humaine que d'alimentation animale.
◦ Ils sont obtenus à partir de culture de micro-organismes (levures, champignons filamenteux,
bactéries, cyanobactéries)
 Dans l’histoire récente des chercheurs allemands ont entrepris d’utiliser des
levures comme supplément protéique lors de la guerre mondiale.
En 1960 les compagnies pétroliers s’intéressent a la production des P.O.U a
base du charbon ou pétrole.
Apres quelles que années ils ont commencé a utilises les déchets organiques
comme substrat dans la production des P.O.U
But de production
 La recherche de nouvelles ressources
alimentaires est l’une des préoccupations de
ce siècle a l’heure actuelle le régime
alimentaire de l’algérien moyen accuse un
grand déficit en protéines animales et
particulièrement en viandes rouges, ses
besoins protéiques sont essentiellement
couvertes par les protéines végétales mais ces
dernières ne peuvent pas remplacer tout les
besoins nutritionnelles de l’homme car les
végétaux n’apportent pas tout les acides
amines indispensables a
l’homme(arginine,…..).
 Donc pour résoudre ce problème
grâce a la biotechnologie des
chercheurs ont essayé d’améliorer
la qualité et la quantité du régime
alimentaire par la production des
protéines d’origines unicellulaires
a base des micros organismes
cultivés dans des substrats comme
les dates puis la leur incorporation
dans les rations animales.
Avant l’alimentation a la
spiruline
Après l’alimentation a la
spiruline
Procéssus de la production des P.O.U
Le
principe
La production de POU
consiste à faire croître
des micro-organismes
sur un substrat pour
obtenir des protéines.
Les étapes de la production
Choix d’un
microorganisme
rependons aux
critères de
sélection.
Traitement de la
biomasse pour
accroître son
utilité et/ou son
stockage.
Disposition d’une
source de carbone et
d’azote et d’autres
nutriments
nécessaire à une
production optimale.
Garantis des
conditions
d'asepsie et
procédé à des
stérilisations de
l’équipement.
La biomasse
microbienne est
extraite du
milieu.
Les
microorganismes
sélectionnés sont
inoculé en
culture pure.
La production se
fait en aérobie
(c'est pourquoi une
aération adéquate
doit être fournie).
Choix du microorganisme
 Quatre types de micro-organismes sont utilisés :
Les bactéries
Les levures
Les champignons
Les micro-algues
Choix du microorganisme
Les critères qui doivent guider le choix sont :
 Taux de croissance élevé.
 Nécessite un substrat peu couteux.
 Facile à récolter.
Bonne résistance aux variations dans les conditions d'opération. (pH et
température )
 Non pathogène.
 Contenu en protéines élevé.
Avoir une teneur minimale en acide nucléiques, lipide et polysaccharides.
Les bactéries
 Les genres de bactéries les plus souvent utilisés dans les études sur la production des POU sont :
1/Bacillus. 2/Hydrogenomonas 3/Methanomonas 4/Methylomonas 5/Pseudomonas
 Elles sont un choix avantageux car:
Leur Choix est illimité
Taux important de protéines (80%)
Exemple d’utilisation:
« Methylophilus methylotrophus » :
Taux de croissance élevé
temps de génération court
Ou « Pseudomonas Méthylotropha »
Bactérie utilisée principalement dans la
nutrition animale.
Bacillus Subtilis
teneur en lipide (1,5% à 3%)
Riche en acides aminés soufrés
les bactéries produisent plus de
Protéines que les champignons ou les levures.
Pseudomonas
aeruginosa
Les micro-algues
Les genres les plus utilisés:
• Chiarella
• Scenedesmus
• Spirulina
La plus célébre reste sans doute l’Arthrospira qui est une algue cultivée
pour sa forte teneur en protéines elle est plus communément connue sous
le nom de Spirulina ou encore spiruline.
Arthrospira platensis (Spiruline)
Les raisons pour laquelle les micro-algues sont utilisées sont:
Leur taux élevé en protéines.
Facile à cultiver en monoculture.
Facile a récolter (elle présente une taille plus grande qu’une simple
cellule algale grâce au fait qu’elle forment des groupes
pluricellulaires en forme de spirale).
Chlorella vulgaris
Procédés de Fabrication des P.O.U
Les levures
 Ils sont une des premières source de
protéines d'organisme unicellulaire a avoir
été connu.
 Les levures les plus utilisées dans la production des POU
sont: candida utilis, saccharomyce cerevisiae.
 Aujourd'hui les biomasse issue de levure sont utilisées
massivement dans l’alimentation animale comme des
compléments alimentaires notamment dans la nourriture
des chiens, chats, poissons.
 Le type de micro-organisme le plus
fréquemment employé car:
Pendant la Première Guerre
Elles croissent dans un PH acidemondiale, la levure Torula
Rarement toxique ou pathogène (Candida utilis) était
en Allemagne et
Elles sont faciles a récolter grâceproduite
a leur
grande taille (plus grandes que lesutilisée
bactéries)
dans les soupes et
Peuvent apporter des vitamines
les saucisses.
Beaucoup plus accepter par la population a
cause de la longue histoire d'utilisation
traditionnelle (ex: production de pain,
bière)
Candida utilis
saccharomyces
cerevisiae
Choix du microorganisme
Les champignons filamenteux
 En 1973 certains actinomycètes et
champignons filamenteux ont était
déclarer capable de produire des protéines
pour eux le terme « Mycoprotéine » est
apparus.
 ils sont devenus très populaire a cause :
 Leurs taux élèves en protéines et
d'acide aminées essentiels et de fibres
alimentaire.
 Leurs faible taux de graisse .
 Leurs production est moins couteuse
que celle des bactéries (par exemple car il
nécessite peu de traitement après la
fermentation).
 Quelques champignons utilisés pour la
production des POU:
Aspergillus niger
Aspergillus fumigatus
http://biomaster2011.blogspot.com
Paecilomyces varioti
Choix du substrat
-Plusieurs types de résidus organiques
peuvent être utilisés lors de la production
des POU; notamment, les résidus
agricoles, de l'industrie forestière et des
usines de transformation d'aliments.
• Les trois critères principaux qui servent
au choix d'un substrat sont, par ordre
d'importance :
Quelques Exemples de Substrats Utilisés:
Substrats
*Lactosérum Pulpes de
betteraves et déchets
Micro-organismes
Kluyveromyces fragilis
Trichoderma album
sucrerie
*substances amylacées
 Le prix (normalement nul ou négatif)
Trichoderma virida
Candida utilis
 Les frais de transport.
 La qualité du substrat.
*déchets cellulosiques
Chaetomium
cellulolyticum
Conditions de culture
Rapport Carbone / Azote /
Phosphore.
• Une substrat idéale a
un rapport C/N/P de
100/5/1. Les quantités
diffèrent d’un type de
microorganisme à
l’autre et si un de ces
éléments est en
quantité insuffisante, il
y aura alors limitation
de la croissance.
La température
• Le plus souvent, la
température utilisée varie
entre 30 et 35°C pour les
levures. Mais dans
certains cas, il est
préférable de maintenir le
milieu de culture à une
température inférieure à
30°C car un taux de
croissance trop élevé peut
affecter le procédé.
Conditions de culture
Le pH
• pH affecte le rendement
énergétique ainsi que la
structure et la perméabilité
de la membrane
cytoplasmique.
• Chaque micro-organisme
possédé un ph optimum de
croissance.
• Pour les bactéries et les
levures: 5-7
• Pour les algues: jusqu’à 11
• Pour les champignons
filamenteux: 3-8
Concentration en oxygène
• l'efficacité de l'aération
dépend de plusieurs
facteurs comme la
viscosité, la température,
le mode de dispersion de
l'oxygène, l'agitation, la
taille du fermenteur et le
volume de milieu de
culture. Pour des
fermentations aérobies,
le milieu devrait être
saturé à 40 % en
oxygène.
Les milieux de culture :
Les souches liguriennes exigent
pour leur croissance :
 Une source de carbone et
Déroulement de la culture:
La propagation de la souche se fait dans des
Erlenmeyers de 500 ml remplis au 1/10 de leur
capacité pour assurer une bonne oxygénation du
milieu de culture sur agitateur va et vient, à 30 °C
pendant 18 heures.
d’énergie.
 Azote assimilable.
 Sels minéraux.
 Oligo-éléments.
 Facteurs de croissance
(vitamines, acides aminés...).
La pré-culture
La première étape se fait en laboratoire ou les
souches soigneusement sélectionnée sont
conserver avant que La culture sois lancée, après
être inoculée par une pré-culture en pleine phase
exponentielle.
Fermentation
La production de biomasse se fait en général dans un fermenteur qui est une cuve
hermétique permettant la croissance des microorganismes.
Le fermenteur est aussi percé de plusieurs pores d'alimentation permettant un dosage précis
de la composition du milieu de culture en cours de fermentation.
Il existe 3 grands systèmes de fermentation: -fermentation continue
-fermentation Fed bath
-fermentation discontinue
• Système clos. Au cours de l'incubation, la quantité de micro organismes
dans le fermenteur, la concentration en biomasse, en substrat et en produit
Fermentation
varie constamment, conséquence du métabolisme microbien.
discontinu
(en batch)
• Le substrat est apporté au fur et à mesure de sa consommation par les
microorganismes. . On procède à l'ajout du substrat au fur à mesure de sa
Fermentation
consommation afin d'éviter l'accumulation de substrat dans la réaction.
Fed bath
• La solution de nutriment est apportée en continue au réacteur mais une
quantité équivalente de solution fermentée est prélevée. Le volume est donc
Fermentation
constant.
Continue
Récolte et séchage
Apres la production, les POU obtenus sont très diluées. La quantité de
matière solide du bouillon de culture varie entre 1 et 5 % seulement. La
centrifugation permet d'augmenter la quantité de matière solide jusqu'à 10 ou
même 20 %.
Apres avoir été concentré, le produit est soit emmagasiné dans des barils,
soit séché afin d'obtenir une poudre exempte de toute cellule vivante.
Avantages
La production de POU possède certains
avantages. Par rapport à l'élevage et a
l’agriculture
 permet de résoudre un problème
environnemental.
 Elle a une croissance rapide en biomasse (50
fois plus rapide que la production bovine)
 demande peu d'espace et peu d'eau.
 elle est indépendante des conditions climatiques.
 Elle offre un contenu protéique élevé.
 génère peu de résidus.
 permet la modification génétique des microorganismes.
Inconvénients
Toutefois, certaines caractéristiques des POU
représentent un désavantage, toujours par
rapport à l'élevage et à l'agriculture
 peuvent produire des toxines ou autres
métabolites nuisibles.
 possèdent des propriétés physiologiques
qui peuvent ne pas convenir a la
consommation directe par les humains.
 présentent un contenu élevé en acides
nucléiques.
Avancées et production en Algérie
◦ l’Algérie consacre d’énormes efforts pour augmenter la production et beaucoup de ressources pour faire face à ce déficit
par l’importation d’énormes quantités de matières premières destinées à l’industrie des aliments de bétail soit 209.646 US$
selon la direction générale des douanes (différents types de tourteaux, maïs, soja, tournesol,.). Ainsi l’instabilité
d’approvisionnement associée à une élévation des prix d’aliments de bétail nécessite la recherche d’alternative.
Ainsi en évoquant les nouvelles perspectives ouvertes par les biotechnologies, on constate que la production de Protéines
d’Organismes Unicellulaires ‘P.O.U.’ constitue une voie potentiellement importante pour résoudre les problèmes cruciaux
posés par le déficit en protéines alimentaires. Cette production de ‘P.O.U.’ apparaît comme une solution privilégiée tout
particulièrement en Algérie où la matière première (déchets de dattes) pour la culture de ces micro-organismes, est
disponible en grande quantité et à un prix relativement bas. En effet, les déchets de dattes représentent 30 à 50 % de la
production nationale. En outre, selon les dernières statistiques du Ministère de l’Agriculture, la production nationale a
atteint 387.313 tonnes en 1998 dont 116.000 tonnes de déchets qui peuvent être récupérées et transformées. Aujourd’hui,
grâce aux procédés biotechnologiques, il est possible de mettre sur le marché local et même international, une nouvelle
génération de produits. Effectivement les produits et sous-produits du palmier dattier, riche en sucres fermentescibles (65
%) constituent des substrats de choix pour la production de nombreuses substances à forte valeur ajoutée dont l’impact
socio-économique est considérable tant du point de vue de la création d’emplois que de la mise à la disposition des
consommateurs de substances stratégiques fortement prisées et souvent importées à coup de devise fortes. De nombreux
micro-organismes, bactéries, champignons filamenteux et levures sont susceptibles d’être produits en masse à partir de
différents substrats carbonés. Notre choix s’est porté sur les levures et plus précisément sur la souche Saccharomyces
cereviseae afin de produire de la biomasse microbienne à partir des déchets de dattes.
Conclusion
Les P.O.U, cette source inépuisable de protéines dont la production résout des problèmes
majeurs à l’échelle mondiale pouvant d’une part aider à lutter contre la malnutrition
protéique dans les pays sous-développés et d’autre part à dépolluer l’environnement en
valorisant les déchets agricoles.
Pour Conclure on doit dire que les protéines d’organismes unicellulaires ne sont qu’une
preuve de plus qui démontre les capacités exceptionnelles qu’ont les microorganismes dans
divers domaines. Ce qui fait d’eux un outil de développement biotechnologique durable.
On peut d’ores et déjà mesurer le succès futur des P.O.U particulièrement dans notre pays
qui, en prenant conscience de leur incroyable utilité lui réservera une place privilégiée dans
le domaine de l’industrie agro-alimentaire.
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