Utilisation et valorisation du perméat de lactosérum acide par la microalgue Scenedesmus obliquus pour la production d’enzyme de type β-galactosidase

RÉSUMÉ: L’objectif général du présent travail est la valorisation du perméat de lactosérum acide issu de la production du yogourt grec par le biais de la microalgue Scenedesmus obliquus afin de produire l’enzyme spécifique de type β-galacatosidase. Les difficultés rencontrées pour exploiter ce coproduit riche en lactose combinées au besoin d’augmenter la production de la biomasse microalgale nous ont amené à penser à la réalisation de cette étude, qui n’a jamais été abordé. Une des originalités de ce projet consiste à étudier la production d’une enzyme commercialement importante et largement utilisée dans l'industrie alimentaire en utilisant un produit secondaire à charge environnementale élevée, à faible valeur marchande, à forte valeur nutritionnelle et abondant partout dans le monde pour la culture d’une espèce de microalgue connue pour sa capacité à assimiler une grande variété de sources de carbone et à produire différents composés bioactifs. La première étape consiste à une investigation expérimentale des effets du mode de culture, de source du carbone organique et du ratio C/N, sur la productivité enzymatique. Cette investigation a permis d’identifier les variables les plus pertinentes pour une véritable utilisation du perméat de lactosérum acide. La deuxième étape du projet a permis d’introduire le perméat acide dans le milieu de culture de Scenedesmus obliquus après ajustement du pH. Les proportions du perméat et de nitrate contenues dans le milieu de culture basal (BBM) ont été modifiées afin d’optimiser la productivité enzymatique. En se basant sur ces résultats, la cinétique de productivités enzymatique et algale a été suivie sous les meilleures conditions d’utilisation du perméat de lactosérum acide et les cultures ont été inoculées à l’échelle laboratoire en flacons agités puis en photobioréacteur de 5 L pour imiter une mise en oeuvre industrielle réaliste pour une éventuelle application commerciale. Les résultats de cette étude révèlent que le perméat de lactosérum acide constitue un nutriment potentiel et peu coûteux pour la culture de Scenedesmus obliquus. Sa présence dans des conditions mixotrophes augmente significativement la biomasse et la productivité enzymatique volumétrique (totale), mais semble réduire l'activité enzymatique spécifique. -- Mot(s) clé(s) en français : Perméat de lactosérum acide; Scenedesmus obliquus; β-galactosidase; conditions de culture; lactose; biomasse microalgale; activité enzymatique spécifique; activité enzymatique volumétrique. -- ABSTRACT: The main objective of the present work is the valorization of the acid whey permeate (obtained after Greek-style yogurt production) by using the microalgae specie Scenedesmus obliquus in order to produce the β-galacatosidase enzyme. Difficulties encountered to valuate such a coproduct known for its high lactose content and the need for enhancing microalgal growth and biomass productivity, led us to think about the realization of this study, which has never been investigated. One of the originalities of this project is to study the production of a commercially important enzyme, widely used in the food industry by using an abundant secondary product with a high environmental impact, low market price and high nutritional value for the culture of a microalgal specie known for its ability to assimilate a wide variety of carbon sources and potential to produce different bioactive compounds. The first phase of the project was an experimental investigation of the influence of culture mode, organic carbon sources and C/N ratio on enzyme productivity. This investigation identified the most relevant conditions for the practical use of acid whey permeate in microalgae cultures. The second phase of the project consisted in introducing the acid permeate into Scenedesmus obliquus culture medium, requiring pH adjustment. The proportions of permeate and nitrogen contained in the basal culture medium (BBM) have been modified in order to optimize the enzyme productivity. Based on these results, the kinetics of enzyme and algal biomass production were followed under a certain optimum condition of acid whey permeate incorporation: laboratory-scale cultures in shake-flasks and in a 5 L photobioreactor were evaluated as a proxy for a realistic industrial implementation for an eventual commercial application. The results of this study reveal that acid whey permeate presents a potential and inexpensive nutrient for the cultivation of Scenedesmus obliquus. Its presence under mixotrophic conditions significantly increases biomass and volumetric (total) enzyme productivities, but appears to reduce specific enzyme activity. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Acid whey permeate; Scenedesmus obliquus; β-galactosidase; culture conditions; lactose; microalgal biomass; specific enzymatic activity; volumetric enzymatic activity