Valorisation de la biomasse lignocellulosique d’Opuntia ficus indicapour la bioproduction d’acide lactique

Abstract

Ce travail de thèse s’inscrit dans un contexte de valorisation de la biomasse lignocellulosique d'Opuntia ficus indica (OFI) et principalement de son utilisation dans la production d'acide lactique.La biomasse lignocellulosique de l'OFI est composée d'hexoses et de pentoses et son utilisation comme substrat bon marché représente une voie prometteuse de valorisation par la production de divers métabolites à haute valeur ajoutée.Cependant,peu de bactéries consomment efficacement les pentoses. Dans le but de fermenter ces derniers,des souches lactiques ont été testées pour leur capacité à fermenter le xylose.Une bacterie lactique Lactobacillus plantarum isolée à partir de lait de chamelle a été retenue pour sa meilleure performance. La source potentielle de sucres de la biomasse lignocellulosique des cladodes d’OFI est sous forme de cellulose et d’hémicelluloses exploitables pour la production d'acide lactique. Cette bioconversion fait intervenir trois étapes clés:une étape de prétraitement de la matière première,une étape d’hydrolyse enzymatique ou chimique,enfin,une étape de fermentation.Afin d'optimiser l'hydrolyse acide de cladodes d’OFI(COFI)et récupérer le maximum de sucres fermentescibles,des méthodes statistiques de surfaces de réponse ont été appliquées. Un modèle statistique Composite Centré (CCD)a été réalisé pour l’hydrolyse de COFI par l’H3PO4. La concentration de sucres obtenue est de 15,6 g/L.La production d’acide lactique à partir de l'hydrolysat acide enrichit en sels et en extrait de levure a permis d'obtenir 7,28 g/L d’acide lactique avec une productivité de 0,27 g/L.h et un rendement de 60%.Un modèle box behnken a été appliqué pour l’hydrolyse acide de COFI par l’HCl.Près de 28 g/L de sucres sont obtenus.Un procédé conventionnel, d'hydrolyse enzymatique de COFI et de COFI350 a été conduit également dans des conditions optimales par la cellulase.Plusieurs fermentations par lactobacillus plantarum ont été réalisées:à partir de(i) l'hydrolysat acide de COFI350, (ii) l'hydrolysat enzymatique de COFI350 (hydrolyse acide suivie d'une hydrolyse enzymatique), les quantités d'acide lactique obtenues sont respectivement 6,4 et 9,17 g/L.Enfin l'extrait de pelures de fruit d'OFI est très favorable à la croissance de Lactobacillus plantarum et à la production d'acide lactique. Près de 24 g/L d'acide lactique ont été obtenus avec une productivité de 0,95 g/L.h et un rendement de 78%.