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L’ESCOM Chimie a entrepris de centrer ses activités de recherche en chimie et en génie des procédés en valorisant des technologies respectueuses de l’environnement. Les dernières publications de nos enseignants-chercheurs vous démontrent quelques exemples de leurs travaux.

Le développement industriel de la filière insectes

Le développement industriel de la filière insectes nécessite de lever un certain nombre de verrous qu’ils soient d’ordre technologique, économique, réglementaire, sanitaire, mais aussi liés à l’acceptabilité des consommateurs en particulier les consommateurs européens.

Il est donc important que les acteurs de la recherche et du développement accompagnent les entrepreneurs et les différentes parties prenantes du territoire dans la recherche de solutions individuelles et collectives. Des recherches ont généré des connaissances scientifiques intéressantes et nécessaires pour promouvoir la valeur ajoutée des insectes dans l’alimentation animale mais plusieurs questionnements scientifiques restent encore à élucider.

Ainsi, le coût aussi bien énergétique qu’environnemental des procédés d’extraction s’appuie généralement sur l’utilisation de solvants chimiques et organiques. Par exemple, la plupart des procédés conventionnels utilisés pour extraire des molécules d’intérêt sont coûteux, dénaturants et pas toujours compatibles avec les contraintes alimentaires et de durabilité. De plus, actuellement, il n’existe pas, à notre connaissance, de données scientifiques dans la littérature qui établissent une corrélation nette entre les propriétés techno-fonctionnelles des protéines d’insectes et les procédés appliqués.

A fortiori, aucune étude ne s’est attachée à étudier l’impact de ces procédés sur la structure au niveau moléculaire au moyen des méthodes fines comme les spectroscopies de fluorescence et infrarouge et les propriétés techno-fonctionnelles de protéines d’insectes.

Dans ce contexte, le projet RAFINSECT (2021-2024) coordonné par l’ESCOM (Dr. Houcine Mhemdi) et financé par la région hauts de France vise à initier un projet innovant de valorisation de la « biomasse insecte en prenant les vers de farine comme exemple ». Cette valorisation passe par l’élaboration de nouveaux produits et d’ingrédients à haute valeur ajoutée, destinés aux marchés de l’alimentation animale ou humaine (voire de la santé). RAFINSECT est un projet transversal et innovant. Il vise à mettre en place une bioraffinerie d’insectes en intégrant toutes les étapes de la chaîne de transformation jusqu’à l’obtention des produits finis de haute valeur ajoutée (de farines riches en protéines, ingrédients techno-fonctionnels et bio-fonctionnels comme des isolats protéines et du chitosane). La démarche générale du projet repose sur la mise en place des procédés d’extraction et de fractionnement viables et respectueux de l’environnement. Ces procédés permettent une utilisation optimale de toutes les fractions de la biomasse et la caractérisation de ses différentes fractions afin d’identifier les meilleures voies de leur utilisation. Les résultats obtenus dans le cadre de ce projet sont très prometteurs. Ce projet regroupe l’ESCOM, l’UTC, l’Université d’Artois et ABCAR DIC PROCESS.

Pour en savoir plus : Dr. Houcine Mhemdi

L’utilisation de la lignine dans des dispositifs de conversion de l’énergie : cellule solaire, piles à combustible ou photocatalyse

Alors que produire plus durablement et de lutter contre le changement climatique devient nécessaire et urgent, la conversion énergétique, qui consiste à transformer une source d’énergie renouvelable comme la lumière ou la biomasse en électricité ou en énergie chimique, a beaucoup retenu l’attention des chercheurs ses dernières années.

En effet, les différents procédés impliquant la conversion d’énergie pourraient apporter des solutions intéressantes dans l’effort d’être moins dépendant des énergies fossiles et de prendre en compte l’impact environnemental. Les nanomatériaux et nanocomposites dérivés de la lignine trouvent de plus en plus d’applications dans les procédés et dispositifs de conversion d’énergie. En tant que biopolymère bon marché et abondant, la lignine et ses dérivés pourraient offrir des alternatives plus vertes à certains des matériaux actuellement utilisés.

Ce chapitre se concentre sur trois aspects différents de la conversion de l’énergie : les cellules solaires, les piles à combustible et la photocatalyse. Dans les dispositifs photovoltaïques, les nanomatériaux de lignine ont été utilisés comme absorbant, électrolyte, dans la préparation d’électrodes ou de matériaux transporteurs de trous. Dans les piles à combustible, la lignine pourrait agir directement comme combustible pour produire de l’électricité, mais elle pourrait également contribuer à améliorer les propriétés des membranes et des électrodes grâce à l’incorporation de ses nanodérivés. En photocatalyse, la nanolignine et d’autres nanomatériaux préparés à partir de celle-ci ont été essentiellement utilisés comme support pour les catalyseurs métalliques.

Ce chapitre a été rédigé par Victorien Jeux et Vincent Terrasson, enseignants chercheurs, chapitre auquel ont contribués leurs thésards : Zhang Zhao et Negui Mekki.

Pré-traitement de lyse celullaire

Pré-traitements de lyse cellulaire en vue d’une récupération efficace de l’huile de la levure oléagineuse Yarrowia lipolytica

Au cours des dernières années, beaucoup d’efforts ont été déployés pour améliorer l’accumulation de lipides par la levure oléagineuse Yarrowia lipolytica, qui pourrait atteindre plus de 80% de sa masse sèche. Pour réduire les coûts de production d’huile, la gamme de substrats que Y. lipolytica pourrait utiliser a été élargie à partir du glucose et du glycérol pour permettre l’utilisation du galactose, xylose, amidon, inuline, cellobiose, cellulose, et bien d’autres substrats. En parallèle, le génie génétique a été utilisé pour permettre à Y. lipolytica de produire des lipides usuels et inhabituels, y compris des acides gras cyclopropanes (CFA). L’article proposé présente l’efficacité de différentes technologies conventionnelles (pressage) et émergentes (champs électriques pulsés (CEP), pressage assisté par CEP, décharges électriques de hautes tensions, ultrasons, homogénéisation haute pression), vers la mise au point d’un procédé efficace d’extraction de l’huile à partir d’une souche de Y. lipolytica produisant des acides gras cyclopropanes.

Description de l’article publié par Elsevier

Titre : Cell disruption pre-treatments towards an effective recovery of oil from Yarrowia lipolytica oleaginous yeast

Auteurs : Drévillon L., Koubaa M., Nicaud J.-M., Vorobiev E.

Journal: Biomass and bioenergy. 2019, volume 128.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0961953419302697

En savoir plus sur l’auteur

Dr. Mohamed Koubaa est un enseignant – chercheur en Génie des Procédés à l’Ecole Supérieure de Chimie Organique et Minérale (Compiègne, France). Il a effectué différents séjours de recherche postdoctorale à l’Université de Technologie de Compiègne (Compiègne, France), à l’Université de l’Etat d’Ohio (Columbus, Ohio, États-Unis), et à l’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax (Sfax, Tunisie). Ses recherches portent principalement sur le traitement des biomasses végétale et microbienne par des technologies émergentes (champs électriques pulsés, ultrasons, etc) pour l’extraction de composés d’intérêt, et l’amélioration des conditions de fermentations et de conservation. Il a plus de 90 publications académiques (livre, chapitres de livres et articles scientifiques dans des revues internationales à comité de lecture).

Liste des publications de Mohamed Koubaa

Lyse cellulaire pour la récupération d’huile végétale

Combinaison de technologies de lyse cellulaire pour la récupération d’huile à partir de la biomasse sèche et humide de Yarrowia lipolytica avec l’utilisation de solvants verts.

Ce travail consiste à étudier l’efficacité du broyage des billes combiné ou non avec une homogénéisation à haute pression sur la lyse cellulaire et la récupération des lipides à partir de la levure oléagineuse Yarrowia lipolytica.

Tout d’abord, une étude de simulation faisant appel à l’approche des paramètres de solubilité de Hansen a été réalisée afin d’identifier, parmi 41 solvants conventionnels et «verts», les plus prometteurs capables de remplacer l’hexane pour la récupération des lipides de Y. lipolytica. Les résultats obtenus ont montré que le prétraitement appliqué à la fois par homogénéisation à haute pression et broyage à billes était plus performant que celui impliquant le broyage à billes seul.

De plus, les paramètres de broyage à billes ont été optimisés pour obtenir une taille optimale des billes de 4,9 mm et un temps de traitement de 30 s. Parmi les solvants testés, l’acétate d’isoamyle a été choisi comme le solvant «vert» le plus approprié, maximisant l’extraction lipidique par rapport à l’hexane.

Malgré la meilleure performance de la voie sèche par rapport à la voie humide, des résultats prometteurs ont été obtenus concernant

• la minimisation de l’énergie consommée et
• le remplacement de l’hexane par des solvants «verts» pour la récupération des lipides de la levure Y. lipolytica.

Description de l’article publié par Process Biochemistry

Titre : Combination of cell disruption technologies for lipid recovery from dry and wet biomass of Yarrowia lipolytica and using green solvents.

Auteurs : Imatoukene N., Koubaa M., Perdrix E., Benali M., Vorobiev E.

Journal: Process Biochemistry. 2019, DOI: 10.1016/j.procbio.2019.11.011

En savoir plus sur l’auteur

Dr. Mohamed Koubaa est un enseignant – chercheur en Génie des Procédés à l’Ecole Supérieure de Chimie Organique et Minérale (Compiègne, France). Il a effectué différents séjours de recherche postdoctorale à l’Université de Technologie de Compiègne (Compiègne, France), à l’Université de l’Etat d’Ohio (Columbus, Ohio, États-Unis), et à l’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax (Sfax, Tunisie). Ses recherches portent principalement sur le traitement des biomasses végétale et microbienne par des technologies émergentes (champs électriques pulsés, ultrasons, etc) pour l’extraction de composés d’intérêt, et l’amélioration des conditions de fermentations et de conservation. Il a plus de 90 publications (livre, chapitres de livres et articles scientifiques dans des revues internationales à comité de lecture).

Liste des publications de Mohamed Koubaa

Une nouvelle méthode pour l’extraction de composés bioactifs

La technologie d’extraction par cavitation sous pression négative est une nouvelle méthode pour l’extraction de composés bioactifs.

Cette technique efficace et respectueuse de l’environnement améliore la disponibilité du substrat et le mélange enzymatique, en augmentant l’hydrolyse enzymatique des composants de la paroi cellulaire de la plante. En conséquence, l’accessibilité du solvant d’extraction en milieu intracellulaire s’améliore et de meilleurs rendements d’extraction sont obtenus. La technologie d’extraction par cavitation sous pression négative (NPC) est simple, peu coûteuse, et possède un potentiel élevé d’industrialisation.

Description de l’article publié par Elsevier

Titre : Negative pressure cavitation extraction: A novel method for extraction of food bioactive compounds from plant materials

Auteurs : Roohinejad S., Koubaa M., Barba F.J., Greiner R., Orlien V., Lebovka N.I.

Journal: Trends in Food Science and Technology. 2016, volume 52, pages 98–108.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924224415301564

En savoir plus sur l’auteur

Dr. Mohamed Koubaa est un enseignant – chercheur en Génie des Procédés à l’Ecole Supérieure de Chimie Organique et Minérale (Compiègne, France). Il a effectué différents séjours de recherche postdoctorale à l’Université de Technologie de Compiègne (Compiègne, France), à l’Université de l’Etat d’Ohio (Columbus, Ohio, États-Unis), et à l’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax (Sfax, Tunisie). Ses recherches portent principalement sur le traitement des biomasses végétale et microbienne par des technologies émergentes (champs électriques pulsés, ultrasons, etc) pour l’extraction de composés d’intérêt, et l’amélioration des conditions de fermentations et de conservation. Il a plus de 90 publications (livre, chapitres de livres et articles scientifiques dans des revues internationales à comité de lecture).

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La synthèse d’huile dans les embryons de maïs

L’amélioration de la synthèse des acides gras dans le maïs (Zea mays) présente des potentiels nutritionnels et économiques considérables, en raison de la demande en croissance rapide d’huile végétale. Dans les grains de maïs, l’endosperme et l’embryon sont respectivement le principal site de synthèse et d’accumulation de l’amidon et de l’huile. Jusqu’à présent, les efforts de sélection visant à atteindre une teneur en huile élevée dans le maïs ont abouti à des endospermes plus petits et donc à un rendement plus faible.

Changer directement leur métabolisme du carbone peut être la clé pour augmenter la teneur en huile des grains de maïs sans affecter le rendement. Pour tester cette hypothèse, les taux de métabolites intracellulaires ont été comparés dans des embryons de maïs provenant de deux lignées de maïs différentes, Alexho Synthetic et LH59, qui accumulent respectivement 48 et 34% d’huile. La métabolomique comparative a mis en évidence les principaux métabolites et les voies actives impliquées dans la production d’huile dans les embryons. La contribution de chaque voie à la synthèse des acides gras en termes de carbone, de pouvoir réducteur et d’apport énergétique a été évaluée en mesurant le flux de carbone à travers le réseau métabolique (analyse des flux métaboliques 13C) lors du développement des embryons Alexho Synthetic afin de construire une carte du flux de carbone à métabolisme. Cette approche combinait une modélisation mathématique et une quantification biochimique pour identifier les limitations métaboliques dans la synthèse des acides gras dans les embryons de maïs.

Cette étude décrit une combinaison d’outils innovants qui ouvriront la voie au contrôle de la composition des semences dans les cultures vivrières importantes.

Description de l’article publié par Plant Physiology

Titre : A combined metabolomics and fluxomics analysis identifies steps limiting oil synthesis in maize embryos

Auteurs : Cocuron J.-C., Koubaa M., Kimmelfield R., Ross Z., Alonso A.-P.

Journal: Plant Physiology. 2019, DOI: 10.1104/pp.19.00920

En savoir plus sur l’auteur

Dr. Mohamed Koubaa est un enseignant – chercheur en Génie des Procédés à l’Ecole Supérieure de Chimie Organique et Minérale (Compiègne, France). Il a effectué différents séjours de recherche postdoctorale à l’Université de Technologie de Compiègne (Compiègne, France), à l’Université de l’Etat d’Ohio (Columbus, Ohio, États-Unis), et à l’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax (Sfax, Tunisie). Ses recherches portent principalement sur le traitement des biomasses végétale et microbienne par des technologies émergentes (champs électriques pulsés, ultrasons, etc) pour l’extraction de composés d’intérêt, et l’amélioration des conditions de fermentations et de conservation. Il a plus de 90 publications (livre, chapitres de livres et articles scientifiques dans des revues internationales à comité de lecture).

Liste des publications de Mohamed Koubaa