Brevet FR3134290A1 — publié le 20231013

La présente demande de brevet concerne un procédé d’extraction de composés hydrosolubles d’intérêt nutritionnels, de préférence des protéines, vitamines, minéraux, ou sucres, à partir d’une culture de microalgues vivantes grâce à une perméation temporaire de la paroi cellulaire. L’invention concerne également l’utilisation des composés hydrosolubles d’intérêts nutritionnels dans des produits alimentaires. Extraction non destructive de composés d’intérêt alimentaire issus d’algues vivantes La présente demande de brevet concerne un procédé d’extraction de composés hydrosolubles d’intérêt nutritionnels, de préférence des protéines, vitamines, minéraux, ou sucres, à partir d’une culture de microalgues vivantes grâce à une perméation temporaire de la paroi cellulaire. L’invention concerne également l’utilisation des composés hydrosolubles d’intérêts nutritionnels dans des produits alimentaires. Art antérieur En raison des faibles volumes de production des microalgues dans le monde et de leur coût élevé, leur utilisation reste encore très limitée notamment dans le domaine de l’alimentation humaine. De nombreux industriels préfèrent ainsi valoriser les molécules à haute valeur ajoutée telle de la phycocyanine issue de la spiruline, ou bien l’astaxanthine extraite d’ Haematococcus pluvialis destinées à des applications pharmaceutiques. Le secteur de l’alimentaire quant à lui est confronté à de nombreux obstacles dont l’organoleptique constitue le principal. En effet, malgré leurs propriétés nutritionnelles exceptionnelles, les microalgues restent très peu consommées telles quelles du fait de leurs caractéristiques organoleptiques quelque peu rebutantes pour le consommateur lambda. Pour pallier ce problème, de nombreux acteurs recourent à des procédés d’extraction et de fractionnement de la biomasse afin d’éliminer les contraintes organoleptiques et de ne conserver que les éléments d’intérêt nutritionnel/santé. Ainsi Soto-Sierra (2018) décrit différentes méthodes d’extraction physiques permettant d’extraire les protéines des algues pour des applications alimentaires comme les ultrasons, le broyage à billes, l’homogénéisation haute pression. Toutes ces techniques permettent l’obtention d’un extrait riche en protéines, séparé des parois cellulaires vertes, qui est ensuite purifié puis séché avant utilisation. Ces techniques peuvent être appliquées à diverses espèces de microalgues comme la spiruline, la chlorelle et bien d’autres. De manière similaire, Bleakley (2017) présente les techniques d’extraction appliquées aux algues pour en extraire les protéines destinées à des usages alimentaires pour l’homme. On peut ainsi citer la méthode biologique faisant intervenir l’hydrolyse enzymatique, le recourt à des procédés physiques ou bien les méthodes chimiques avec des traitements acides par exemple. Cependant ces procédés sont longs, coûteux et nécessitent un approvisionnement continu en biomasse. D’après Vinayak (2015), les opérations post-récolte représenteraient 50 à 80% du coût global du procédé d’obtention de molécules à haute valeur ajoutée à partir de biomasse d’algue. Afin de réduire le nombre d’opérations unitaires et de continuer à travailler avec la même biomasse renouvelée, certains acteurs se sont intéressés à des techniques d’extraction dites non-destructives. Ainsi, le brevet US2012095245 (A1) (2012) mentionne l’emploi combiné d’un traitement aux ultrasons et l’usage d’un solvant organique pour extraire les lipides de Nannochloropsis tout en maintenant la culture vivante après traitement. De manière similaire, Hejazi (2004) recourt à un système de réacteur à deux phases permettant le passage de dodécane à contre-courant de la culture de Dunaliella salina pour l’extraction en continue du bêta-carotène. Durant la période d’extraction, le dodécane, qui est un solvant biocompatible avec les algues, est renouvelé pour une meilleure efficacité d’extraction. Une fois, les cellules traites, elles sont remises en culture. De la même façon, Samori (2019) emploie du cyclohexane pour l’extraction biocompatible de l’astaxanthine issue de cultures vivantes d’ Haematococcus pluvialis . Ces techniques biocompatibles présentent l’avantage de réduire le nombre d’opérations unitaires et de renouveler la culture d’algues contrairement à un procédé classique d’extraction. Néanmoins, ces méthodes nécessitent l’usage en grande quantité de solvants organiques peu écologiques et souvent interdits en alimentaire. Le Demandeur a résolu ce problème technique en mettant au point une technique permettant l’extraction de composés d’intérêt nutritionnels à partir d’une culture d’algues vivantes sans recours à des solvants organiques. Une perméation temporaire de la paroi induite par des champs électriques pulsés permet ainsi la sortie des composés d’intérêt de la cellule et leur solubilisation dans le milieu d’extraction. Les cellules de microalgue ayant été traitées par champs électriques pulsés sont ensuite remises en culture pour une future utilisation permettant ainsi de réduire considérablement le coût du procédé global ainsi que le nombre d’opérations unitaires. En effet, avec cette technique, il n’est pas nécessaire de récolter ni de sécher la biomasse avant extraction. Procédé d’extraction biocompatible de composés hydrosolubles d’intérêt nutritionnel, de préférence des protéines, vitamines, minéraux, ou sucres, à partir d’une culture de microalgues vivantes comprenant les étapes de : Mise en culture des souches de microalgues jusqu’à obtenir une quantité de biomasse desdites microalgues de concentration comprise entre 1. 10 6 et 1.10 8 cellules/mL ; Séparation des microalgues obtenues à l’étape a. de leur milieu de culture ; Mélange des microalgues obtenues à l’étape b. dans de l’eau à un ratio compris entre 5% et 20% de microalgues en poids du mélange à une conductivité comprise entre 20 et 200 µS/cm ; Application au mélange obtenu à l’étape c. de champs électriques pulsés bipolaires ; Dilution du mélange obtenu à l’étape d. entre 2 et 5 fois dans de l’eau ou un tampon durant entre 1 h et 12 h ; Centrifugation du mélange obtenu à l’étape e. ; Récupération du surnageant de centrifugation comprenant lesdits composés d’intérêt nutritionnel ; Obtention de composés hydrosolubles d’intérêt nutritionnel. Procédé d’extraction biocompatible de composés hydrosolubles d’intérêt nutritionnel à partir d’une culture de microalgues vivantes selon la revendication précédente, où les étapes b. et/ou f. sont réalisées par centrifugation à entre 1500 et 4000 g durant 5 à 20 minutes et à une température comprise entre 4 et 25°C. Procédé d’extraction biocompatible de composés hydrosolubles d’intérêt nutritionnel à partir d’une culture de microalgues vivantes selon l’une quelconque des revendications précédentes, où l’étape d. est réalisée par application de 1 à 20 impulsions avec une durée d’impulsion de 1 à 2 ms, un voltage compris entre 0,5 et 6 kV/cm, une température comprise entre 4 et 25°C, et un débit de circulation des cellules algales dans la chambre d’impulsion de 10 à 100 mL/min. Procédé d’extraction biocompatible de composés hydrosolubles d’intérêt nutritionnel à partir d’une culture de microalgues vivantes selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape i. de concentration des composés d’intérêt nutritionnel obtenus à l’étape h. par des filtrations membranaires de 3 à 1000 kDa ou par l’usage de colonnes d’affinité. Procédé d’extraction biocompatible de composés hydrosolubles d’intérêt nutritionnel à partir d’une culture de microalgues vivantes selon la revendication précédente, où ladite colonne d’affinité est une colonne à échange d’ion. Procédé d’extraction biocompatible de composés hydrosolubles d’intérêt nutritionnel à partir d’une culture de microalgues vivantes selon la revendication 4, où l’étape i. est réalisée par utilisation d’une filtration membranaire entre 10 et 500 kDa. Procédé d’extraction biocompatible de composés hydrosolubles d’intérêt nutritionnel à partir d’une culture de microalgues vivantes selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape j. de séchage des composés d’intérêt nutritionnel obtenus à l’étape h. ou i., par lyophilisation, atomisation ou séchage, de préférence par atomisation ou lyophilisation. Procédé d’extraction biocompatible de composés hydrosolubles d’intérêt nutritionnel à partir d’une culture de microalgues vivantes selon la revendication précédente, où l’étape j. est réalisée par Lyophilisation à une température comprise entre -20 et -80°C et une pression de 5 à 500 µbar ; ou Atomisation dans un flux d’air chaud à une température comprise entre 80°C et 300°C, de préférence entre 90°C à 220°C : ou Séchage à une température comprise entre 40 et 80°C, ou séchage sous pression. Procédé d’extraction biocompatible de composés hydrosolubles d’intérêt nutritionnel à partir d’une culture de microalgues vivantes selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites microalgues sont choisies parmi : Arthrospira platensis , Arthrospira maxima, Aphanizomenon Floes-aquae , la Chlorelle, Chlorella sp ., Chlorella vulgaris, Chlorella protothecoides , Chlorella sorokiniana , Chlorella pyrenoidosa , Euglena sp ., Euglena gracilis, Schizochytrium sp . Utilisation des composés hydrosolubles d’intérêt nutritionnel obtenus par le procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans des produits alimentaires.