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1
VALORISATION PROTEIQUE DES MACROALGUES
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
LE GUILLARD CécileDoctorante
Dr Jean-Pascal BERGE, directeur de thèseDr Justine DUMAY, encadrante
Laboratoire STBM, IfremerLaboratoire MMS EA 2160, Université de Nantes
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2
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
• INTRODUCTION – Les algues
✔ Microalgues (unicellulaires)✔ Macroalgues (pluricellulaires) → Vertes (Chlorophycées)
→ Rouges (Rodophycées)
→ Brunes (Phéophycées)
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3
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
D'après Le livre Turquoise, 2011
• INTRODUCTION – Les algues
✔ Microalgues (unicellulaires)✔ Macroalgues (pluricellulaires)
– Rendement production biomasse > végétaux terrestres
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4
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
Asie
D'après Le livre Turquoise, 2011
• INTRODUCTION – Les algues
✔ Microalgues (unicellulaires)✔ Macroalgues (pluricellulaires)
– Rendement production biomasse > végétaux terrestres– Utilisations
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5
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
Asie Europe
D'après Le livre Turquoise, 2011
• INTRODUCTION – Les algues
✔ Microalgues (unicellulaires)✔ Macroalgues (pluricellulaires)
– Rendement production biomasse > végétaux terrestres– Utilisations
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• Macroalgues alimentaires : réglementation– En France : 21 espèces autorisées en alimentation humaine ( + 3 microalgues)
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
Nom scientifique Nom commun
BRUNES (8)
Ascophyllum nodosumFucus vesiculosus et serratus
Himanthalia elongata Spaghetti ou haricot de merUndaria pinnatifida Wakame
Laminaria (3) Kombu (Kombu royal)Alaria esculenta Atlantic wakame
ROUGES (11)
Palmaria palmata DulsePorphyra (7) Nori
Chondrus crispus Pioca, lichenGracilaria verrucosa Ogonori
Lithothamnium calcaneum Mäerl
VERTES (2)Ulva Laitue de mer
Enteromorpha Aonori
www.ceva.fr
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7
Les macroalgues comme source de protéines ?
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
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• Composition protéique des macroalgues
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
*Yada 2004
Algues brunes3 – 15 % MS *
Algues rouges8 – 47 % MS *
Algues vertes9 – 26 % MS *
**Brumm et Hurburgh, 2002
Graine de soja (légumineuse)
35-38 % **Blanc d’oeuf ***
54 % ovalbumine
*** http://www.inra.fr/Grand-public/Alimentation-et-sante/Tous-les-dossiers/L-oeuf/Composition-en-nutriments-de-l-oeuf-proteines
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• Composition protéique des macroalgues– Profils des acides aminés de 3 macroalgues *
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
* Yada 2004** Fleurence et al. 1999*** Panthee et al. 2006
36,7
63,3
Laminaria digitata
55,9
44,1
Porphyra tenera
AA essentiels AA non essentiels
58,12
41,88
Ulva pertusa
37,4
62,6
Soja (légumineuse)
AA essentiels AA non essentiels
56,8
43,2
Ovalbumine
AA essentiels AA non essentiels
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• Composition protéique des macroalgues– Profils des acides aminés de 3 macroalgues *
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
* Yada 2004** Fleurence et al. 1999*** Panthee et al. 2006
36,7
63,3
Laminaria digitata
55,9
44,1
Porphyra tenera
AA essentiels AA non essentiels
58,12
41,88
Ulva pertusa
37,4
62,6
Soja (légumineuse)
AA essentiels AA non essentiels
56,8
43,2
Ovalbumine
AA essentiels AA non essentiels
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• Composition protéique des macroalgues– Profils des acides aminés de 3 macroalgues *
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
* Yada 2004** Fleurence et al. 1999*** Panthee et al. 2006
Intérêts de la valorisation protéique des macroalgues
36,7
63,3
Laminaria digitata
55,9
44,1
Porphyra tenera
AA essentiels AA non essentiels
58,12
41,88
Ulva pertusa
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• Composition protéique des macroalgues– Variabilité saisonnière (exemple : Grateloupia turuturu)
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
D'après Denis et al. 2010
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• Composition protéique des macroalgues– Variabilité géographique (exemple : Grateloupia turuturu)
✔
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
* Munier et al. 2013
3 – 4 km± 25 % de protéines*
Le Croisic
Batz sur Mer
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Quelles voies de valorisation alimentaire ?
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
Valorisationalimentaire
Directe Indirecte
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Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
• DIRECTE – Légumes de mer– PAI (Produits alimentaires intermédiaires)
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Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
• INDIRECTE – Industrie des phycocolloïdes (agars, carraghénanes et alginates)
✔ Propriétés rhéologiques (épaississant, stabilisant, gélifiant,...)
* Cian et al. 2012** Wijesinghe et Jeon 2012*** Samarakoon et Jeon 2012
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Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
• INDIRECTE – Industrie des phycocolloïdes (agars, carraghénanes et alginates)
✔ Propriétés rhéologiques (épaississant, stabilisant, gélifiant,...)
– Différentes activités biologiques (exemple : peptides bioactifs *, ** )
✔ Antioxydant, antihypertenseur, anticoagulant, immunostimulant, antitumoral)
* Cian et al. 2012** Wijesinghe et Jeon 2012*** Samarakoon et Jeon 2012
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Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
• INDIRECTE – Industrie des phycocolloïdes (agars, carraghénanes et alginates)
✔ Propriétés rhéologiques (épaississant, stabilisant, gélifiant,...)
– Différentes activités biologiques (exemple : peptides bioactifs *, ** )
✔ Antioxydant, antihypertenseur, anticoagulant, immunostimulant, antitumoral)
– Pigments protéiques : exemple de la R-Phycoérythrine✔ Colorant : agroalimentaire et cosmétologie✔ Agent fluorescent : agroalimentaire ✔ « Conservateur » => activité antioxydante (films alimentaires)****
* Cian et al. 2012** Wijesinghe et Jeon 2012*** Samarakoon et Jeon 2012
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Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
• INDIRECTE – Pigments protéiques : exemple de la R-Phycoérythrine (RPE)
✔ Algues rouges✔ Pigment protéique surnuméraire (240-292 kDa)✔ Hydrosoluble✔ Fluorescent✔ Coloration rose - rouge
Ogawa et al., 1991 ; Orta-Ramirez et al., 2000 ;
Galland_Irmouli et al. 2000 ; Liu et al. 2009
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Digestibilité des protéines algales ?
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
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• Digestibilité des protéines algales– Etudes in vitro
Protéine de référence : la caséine
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
ALGUES Digestats
« Estomac artificiel »
Digestion enzymatique(37°C, pH7,5, 6 h, pancréatine)
Dosage de l'azote libéré
Algues prédigérées
Pré-digestion(37°C, pH1,9, 30 min, pepsine)
Fleurence et al.1999, Yada 2004, Marrion et al. 2005
N=N dialysat
N protéineini total∗100
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1 2 3 4 5 60
5
10
15
20
25
30
35
40
Caséine
G. verrucosa
P. palmata
heures
% N
libé
ré
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• Digestibilité des protéines algales– Comparaison de 2 algues rouges : P. palmata et G. verrucosa
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
Marrion et al. 2005
G. verrucosa > P. palmata
Caséine
G. verrucosa
P. palmata
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1 2 3 4 5 60
5
10
15
20
25
30
35
40
Caséine
G. verrucosa
P. palmata
heures
% N
libé
ré
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• Digestibilité des protéines algales– Comparaison de 2 algues rouges : P. palmata et G. verrucosa
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
Marrion et al. 2005
G. verrucosa > P. palmata
Caséine
G. verrucosa
P. palmata
G. verrucosa → agarsP. palmata → xylanes
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24
• Digestibilité des protéines algales– Facteurs influençant la digestibilité des protéines :
✔ Polysaccharides (PS) (fibres solubles et insolubles)
→ les fibres solubles (17 - 33 % de la MS)
✔ Interactions PS / protéines
✔ Polyphénols (Algues brunes) => inhibiteurs de trypsine et pepsine
✔ Glycosylation des protéines
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
Fleurence et al. 1999, Yada 2004, Marrion et al. 2005, Galland- Irmouli et al. 1999
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• Digestibilité des protéines algales– Composition pariétale des macroalgues : les polysaccharides *
– Paroi cellulaire biodisponibilité des protéines **
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
* D'après Guibet 2007** Bobin-Dubigeon et al. 1997 ; Marrion et al. 2003
Phase matricielle
Cytoplasme
Membrane plasmique
Phase squelettique
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• Digestibilité des protéines algales– Composition pariétale des macroalgues : les polysaccharides
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
Kornprobst 2005, Guibet 2007
Polysaccharides pariétaux
Phase squelettique cristalline
PS non hydrosolubles (fibres alimentaires)Cellulose, hémicellulose(+ Xylanes et mannanes pour Rodophycées)
=> structure et protection
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• Digestibilité des protéines algales– Composition pariétale des macroalgues : les polysaccharides
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
Kornprobst 2005, Guibet 2007
Polysaccharides pariétaux
Phase matricielle amorphe
Phase squelettique cristalline
PS non hydrosolubles (fibres alimentaires)Cellulose, hémicellulose(+ Xylanes et mannanes pour Rodophycées)
PS hydrosolubles
Brunes => Alginates et Fucanes (Ordres Fucales et Laminariales)
Vertes => Ulvanes
Rouges => Agars et carraghénanes (30-70 % du poids sec du thalle)
=> structure et protection
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28
• Digestibilité des protéines algales– Composition pariétale des macroalgues : les polysaccharides
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
Kornprobst 2005, Guibet 2007
Polysaccharides pariétaux
Phase matricielle amorphe
Phase squelettique cristalline
PS non hydrosolubles (fibres alimentaires)Cellulose, hémicellulose(+ Xylanes et mannanes pour Rodophycées)
PS hydrosolubles
Brunes => Alginates et Fucanes (Ordres Fucales et Laminariales)
Vertes => Ulvanes
Rouges => Agars et carraghénanes (30-70 % du poids sec du thalle)
=> structure et protection
Digestibilité différente
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29
Quelles solutions ?
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
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30
• Digestibilité des protéines algales– Solutions envisageables
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
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• Digestibilité des protéines algales– Solutions envisageables
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
1) Prétraitements physiques2) Hydrolyse enzymatique des PS pariétaux3) Fermentation
x
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32
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
Caséine
NON rincées
Rincées (eau déminéralisée)
Marrion et al. 2003
P. palmata
• Digestibilité des protéines algales1) Prétraitements physiques :
Rinçage, broyages (azote liquide, cryobroyage, Ultraturax), chauffage (110°C, micro ondes)
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33
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
Caséine
NON rincées
Rincées (eau déminéralisée)
Marrion et al. 2003
P. palmata
• Digestibilité des protéines algales1) Prétraitements physiques :
Rinçage, broyages (azote liquide, cryobroyage, Ultraturax), chauffage (110°C, micro ondes)
Rinçage seul x 5
teneur en sels et minéraux xylanes protéines solubles
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• Digestibilité des protéines algales2) Digestion / liquéfaction enzymatique*, **, ***
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
Polysaccharidases
La digestibilité in vitro des protéines ****, *****
Caséine
Cellulases+xylanases
CellulasesXylanases
* Joubert et Fleurence 2008,** Fleurence et al. 1995, Mensi et al. 2012*** Dumay et al. 2013, **** Fleurence et al. 2001, ***** Yada 2004
Xylanasesβ glucanases
Cellulases(Agarases, carraghénases)
P. palmata
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L'extraction des protéines L'extraction de la RPE => x 62
35
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
Polysaccharidases
La digestibilité in vitro des protéines ****, *****
Xylanasesβ glucanases
Cellulases(Agarases, carraghénases)
Caséine
Cellulases+xylanases
CellulasesXylanases
* Joubert et Fleurence 2008,** Fleurence et al. 1995, Mensi et al. 2012*** Dumay et al. 2013, **** Fleurence et al. 2001, ***** Yada 2004
P. palmataP. palmata
• Digestibilité des protéines algales2) Digestion / liquéfaction enzymatique*, **, ***
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36
• Digestibilité des protéines algales3) Fermentation
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
1 algue +
1 microorganismeEnzymes spécifiques
Réacteur
Marrion et al. 2003
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37
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
Caséine
Témoin (P. palmata rincée)
P. palmata cryobroyée non rincée
Trichoderma pseudokoningii
Aspergillus oryzaeRhizopus microsporus chinensis
Marrion et al. 2003
• Digestibilité des protéines algales3) Fermentation
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38
Colloque PONAN 29 novembre 2013Colloque PONAN 29 novembre 2013
Caséine
Témoin (P. palmata rincée)
P. palmata cryobroyée non rincée
Trichoderma pseudokoningii
Aspergillus oryzaeRhizopus microsporus chinensis
x 2
Trichoderma pseudokoningii → glycosidases
Marrion et al. 2003
• Digestibilité des protéines algales3) Fermentation
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39
• CONCLUSION– Points forts des protéines de macroalgues
✔ Valeur nutritionnelle
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• CONCLUSION– Points forts des protéines de macroalgues
✔ Valeur nutritionnelle✔ Valeur ajoutée pour l'industrie des phycocolloïdes
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• CONCLUSION– Points forts des protéines de macroalgues
✔ Valeur nutritionnelle✔ Valeur ajoutée pour l'industrie des phycocolloïdes✔ Biotechnologies marines (génie enzymatique) => nouvelles voies de
valorisation ?
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42
• CONCLUSION– Points forts des protéines de macroalgues
✔ Valeur nutritionnelle✔ Valeur ajoutée pour l'industrie des phycocolloïdes✔ Biotechnologies marines (génie enzymatique) => nouvelles voies de
valorisation ?✔ Prix de vente algues légumes : vers une démocratisation ?
Ex : 5 €/kg (algue sur le marché français)*
8,2 €/kg (Haricots verts bio)**
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* Programme Breizh'alg** www.leclercdrive.fr
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• CONCLUSION– Points forts des protéines de macroalgues
✔ Valeur nutritionnelle✔ Valeur ajoutée pour l'industrie des phycocolloïdes✔ Biotechnologies marines (génie enzymatique) => nouvelles voies de
valorisation ?✔ Prix de vente algues légumes : vers une démocratisation ?
Ex : 5 €/kg (algue sur le marché français)*
8,2 €/kg (Haricots verts bio)**
– Points faibles ✔ Variabilité saisonnière et disponibilité de la ressource
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* Programme Breizh'alg** www.leclercdrive.fr
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• CONCLUSION– Points forts des protéines de macroalgues
✔ Valeur nutritionnelle✔ Valeur ajoutée pour l'industrie des phycocolloïdes✔ Biotechnologies marines (génie enzymatique) => nouvelles voies de
valorisation ?✔ Prix de vente algues légumes : vers une démocratisation ?
Ex : 5 €/kg (algue sur le marché français)*
8,2 €/kg (Haricots verts bio)**
– Points faibles ✔ Variabilité saisonnière et disponibilité de la ressource✔ Digestibilité et biodisponibilité
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* Programme Breizh'alg** www.leclercdrive.fr
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• CONCLUSION– Points forts des protéines de macroalgues
✔ Valeur nutritionnelle✔ Valeur ajoutée pour l'industrie des phycocolloïdes✔ Biotechnologies marines (génie enzymatique) => nouvelles voies de
valorisation ?✔ Prix de vente algues légumes : vers une démocratisation ?
Ex : 5 €/kg (algue sur le marché français)*
8,2 €/kg (Haricots verts bio)**
– Points faibles ✔ Variabilité saisonnière et disponibilité de la ressource✔ Digestibilité et biodisponibilité✔ Barrière psychologique
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* Programme Breizh'alg** www.leclercdrive.fr
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Merci pour votre attention
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Le livre Turquoise : un point complet sur la filière algues (2011)
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http://www.inra.fr/Grand-public/Alimentation-et-sante/Tous-les-dossiers/L-oeuf/Composition-en-nutriments-de-l-oeuf-proteines
http://www.ceva.fr