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Bioconversion enzymatique des composés phénoliques des effluents issus de l'extraction d'huile d'olive: une voie prometteuse de valorisation par la production de l'hydroxytyrosol naturel


par Manel HAMZA KARRAY
Université de Sfax école nationale d'ingénieurs de Sfax - Doctorat en biologie 2013
  

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1

RépubliqueTunisienne Ecole Doctorale

Ministère de l'Enseignement Supérieur, Sciences et Technologies

De la Recherche Scientifique Thèse

Et de la Technologie Génie Biologique

N° d'ordre :

Université de Sfax

École Nationale d'Ingénieurs de Sfax

Département de Génie Biologique

THÈSE

Présentée pourl'obtention du grade de

Docteur en Biologie

Par

Manel Hamza Karray

BIOCONVERSION ENZYMATIQUE DES COMPOSES
PHENOLIQUDES DES EFFLUENTS ISSUS DE L'EXTRACTION
D'HUILE D'OLIVE : UNE VOIE PROMETTEUSE DE VALORISATION
PAR LA PRODUCTION DE L'HYDROXYTYROSOL NATUREL.

Ce travail a été réalisé au Laboratoire des Bioprocédés Environnementaux,
Centre de Biotechnologie de Sfax.

Soutenue le devant la commission de jury composée de :

Mr. : Président

Mr. : Rapporteur

Mr. : Rapporteur

Mr. : Examinateur

Mr. Sami SAYADI : Professeur au CBS Directeur de thèse

valorisation au Centre de Biotechnologie de Sfax pour l'aide qu'il a fournit

REMERCIMENTS

Ce travail qui a fait l'objet de cette thèse a été réalisé au Laboratoire de bioprocédés du Centre de Biotechnologie de Sfax.

Je tiens, tout d'abord, à exprimer ma haute considération et mes remerciments au Monsieur le directeur de cette thèse le Professeur Sayadi Sami, Directeur du Centre de Biotechnologie Sfax et Directeur du Laboratoire des Bioprocédés Environnementaux pour avoir dirigé ces travaux de thèse et pour la dynamique qu'il a donné à ce travail. Je salue aussi la souplesse et l'ouverture d'esprit de mon directeur de thèse qui a su me laisser une large marge de liberté pour mener à bien ce travail de recherche. Je lui suis particulièrement reconnaissante pour ces conseils avisés et nécessaires. Je tiens également à le remercier pour ses qualités scientifiques et humaines.

Je tiens à exprimer ma reconnaissance à Mme Dr Khoufi Sonia, maître assistant au Centre de Biotechnologie Sfax, laboratoire de Bioprocédés Environnementaux, pour sa gentillesse, pour toutes les discussions scientifiques que nous avons eues ensemble, ses précieux conseils et pour son aide dans la correction des publications. Merci aussi pour sa sérénité et pour m'avoir souvent remonté le moral.

Je remercie le Professeur............................d'avoir accepté de présider le Jury de cette thèse, ainsi que pour sa gentillesse.

Je suis très sensible à l'honneur que m'ont fait les Docteur...............et............en acceptant d'être les rapporteurs de ce travail, et je les remercie pour leurs remarques avisées.

Je tiens aussi de remercier Monsieur Ilem Hsaiiri Directeur de l'unité de

pour la realisation de la fermentation et la bioconversion à grande échelle. Qu'il trouve ici l'expression de mes sinceres remerciements.

Mes remerciment s'adressent aussi à Monsieur Adel Zitoun ingénieur à l'unité de valorisation au Centre de Biotechnologie de Sfax, Kamel Mrad, Mohamed Amri, Nizar Elleuch et Haitham pour leur aide et leur disponibilité.

Parmi tous les membres du laboratoire que j'ai pu rencontrer, beaucoup sont partis, d'autres restent encore. Je tiens à leur exprimer toute ma reconnaissance, pour leur aide, les discussions, et les critiques qui m'ont permis de prendre du recul sur mon travail de thèse. À tous, aux stagiaires, aux permanents, je vous exprime toute ma reconnaissance pour avoir contribué à votre manière à ce travail.

Qu'il me soit permis d'exprimer toute ma sympathie et mes remerciements à tout le personnel du CBS et à tous les enseignants de l'ENIS qui m'ont fait bénéficier de leurs prestigieux enseignements.

Je clos enfin ces remerciements en dédiant cette thèse de doctorat à ma famille que j'ai eu la chance d'avoir à mes côtés, qui m'ont soutenu tout au long de ces années de travail.

Abréviations

°C : Degré Celsius

A. : Aspergillus

BHT : butylated hydroxytoluéne

C : Carbone

Ca : Calcium

CLHP : Chromatographie liquide haute pression

CMCase : Carboxyméthylestérase

DMP : 2,6- diméthoxyphénol

DO : Densité optique

DPPH : 2,2-Di-Phenyl-1-Picryl Hydrazyl

DT : Dinar tunisien

g : Gramme

GRAS : Generally Recognized As Safe

h : Heure

IC50 : la concentration du composé à tester nécessaire à la

neutralisation du 50 % des radicaux libres de DPPH.

J : Jour

Jp : Flux du perméat

kDa : Kilodalton

KUI : KiloUnité International

L : Litre

LiP :Lignine Peroxydase

min : Minute

MnP :Manganése peroxydase

N : Azote

PNP : p-nitrophenol

PNPA : p-nitrophenyl acétate

p-NPG : p-nitrophenyl-â-D-glucopyranoside

V : Volume

rpm : Rotation par minute

ROS : Reactive Oxygen Species

SR : Sucres réducteurs

T. : Trametes

T. : Trichoderma

tr : Tour

UI : Unité internationale

â-glu : â-glucosidase

II-3-1 Propriétés de l'hydroxytyrosol 16

Sommaire

Introduction générale 1

Synthèse Bibliographique 4

Oléiculture 5

I- L'olivier 5

I-1 Origine et Histoire 5

I-2 L'olivier en Tunisie 5

I-3 Botanique de l'olivier 5

I-4 Culture de l'olivier 6

I-5 Intérêt économique en Tunisie 7

I-6 Les olives 8

II- Technologie d'extraction d'huile d'olives 8

II-1 Système discontinue de presse (dit classique) 9

II-2 Système continue à trois phases 9

II-3 Système continue à deux phases (dit économique) 9

Les Margines 11

I- Introduction 11

II- Composition des margines 12

II-1 Produits phénoliques simples 13

II-2 Oleuropéine 14

II-2-1 Historique 14

II-2-2 Structure chimique de l'oleuropéine 14

II-2-3 Activité biologique de l'oleuropéine 15

II-2-4 Mode d'action de l'oleuropéine 16

II-3 Hydroxytyrosol 16

II-3-2 Synthèse de l'hydroxytyrosol 17

II-3-2 Les métabolites de l'hydroxytyrosol 17

III- Procédés de dépollution des margines 18

IV. Différentes approches de valorisation des margines 20

IV-1 Utilisation des margines comme fertilisant 21

IV-2 Production des protéines unicellulaires 21

IV-3 Production des enzymes pectinolytiques 21

IV-4 Application des margines dans la fabrication du compost 21

IV-5 Utilisation des margines comme source naturelle d'antioxydants 22

Les Polyphénols 23

I- Introduction 23

II- Les différents types de polyphénols 23

II-1 Les acides phénoliques 24

II-2 Les flavonoïdes 24

II-3 Les tannins 24

II-4 La lignine 25

III- Les polyphénols de l'olivier 25

IV- Changement de la composition en polyphénols durant la maturation de l'olive

26

V- Intérêts des polyphénols 26

V- 1 Vis-à-vis des plantes. 27

V-2 Vis-à-vis de l'homme 27

Les Antioxydants 29

I- Introduction 29

II- Les radicaux libres 29

II-1 Définition 29

II.2. Nature des radicaux libres 30

III- Dommages causés par les radicaux libres 31

III-1 Action sur l'ADN 31

III-2 Action sur les lipides 31

III-3 Action sur les glucides 32

III-3 Action sur les protéines 32

IV- Mécanisme d'action des antioxydants 32

V- Différents types d'antioxydants 34

V-1 Antioxydants synthétiques 34

V-2 Antioxydants naturels employés 35

VI- Sources végétales d'antioxydants 35

La Bioconversion 38

I- Introduction 38

II- Mode de production 38

II-1 Synthèse microbiologique 39

II-2 Synthèse enzymatique 39

III- Bioconversion des margines en produits utiles 40

IV- Bioconversion des composés phénoliques 40

III-1 Bioconversion de l'oleuropéine par la â-glucosidase thermophile immobilisée

recombinante de Sulfolobus solfataricus 41

III-2 Bioconversion de l'oleuropéine des olives 41

III-3 Bioconversion de l'oleuropéine d'huile d'olive 42

III-4 Bioconversion des sous produits de l'industrie oléicole (grignon et margine) 42

III-5 Bioconversion des composés phénoliques de blé 42

III-6 Bioconversion des composés phénoliques du vin 43

Les Champignons 44

I-

I-5 Milieux de culture 58

Introduction 44

II- Classification des champignons 44

III- Aspergillus niger 45

III-1 Quelques enzymes produites par Aspergillus niger 47

III-1-1 Estérase 47

III-1-2 f3-Glucosidase 47

III-2 Applications biotechnologiques des estérases et de f3-Glucosidase 47

III-2-1Applications biotechnologiques des estérases 47

III-2-2Applications biotechnologiques des f3-glucosidase 48

III-3 Immobilisation des f3-Glucosidases 48

IV- Trametes trogii 51

V- Trichoderma atroviride 51

Les techniques séparatives membranaires 52

I- Procédés de séparation membranaire 52

II- Filtation tangentielle et frontale 53

III- Application des techniques séparatives membranaires 53

Conclusion. 55

MATERIEL ET METHODES 56

I- Matériel 57

I-1 Appareillages 57

I-2 Produits chimiques 57

I-3 Substrats biologiques 58

I-3-1 Margine 58

I-3-2 Son de blé 58

I-4 Origine des champignons utilisés 58

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Rassembler les contraires c est creer l harmonie