étude des polysaccharides des macro-algues alginophytes: caractérisation et dosage des alginates

UNIVERSITE CADI AYYAD FACULTE DES SCIENCES SEMLALIA MARRAKECH

Projet de fin d'études - Semestre 6

Parcours biologie appliquée à la production végétale (BAPV)

Département de biologie

DATE DE SOUTENANCE : Le 03/06/ 2013

Intitulé du mémoire :

Étude des Polysaccharides des Macro-algues Alginophytes:
Caractérisation et Dosage des Alginates.

Candidat : AHNICH Abdelilah Membres du jury :

Pr. BOUARAB Lahcen (Encadrant)

Pr. OUAZZANI Naaila

Pr. YASSIR Abdellah

Pr. BENICHOU Mohamed

Remerciements

je tient tout d'abord à remercier les différentes personnes qui ont accepté de faire partie du jury de ce mémoire :

Mr YASSIR Abdellah en tant que responsable du module ainsi que Mr BENICHOU Mohamed et Mme OUAZZANI Naaila en tant qu'examinateurs.

Un grand merci à mon encadrant, Mr Lahcen BOUARAB pour m'avoir permis de mener à bien ce mémoire, merci pour votre disponibilité, vos précieux conseils et votre sympathie. J'ai eu beaucoup de plaisir à travailler avec vous durant ce travail.

je souhaite également remercier Mr Badr Eddine RGANI l'étudiant en Master Biotechnologies Microbiennes qui m'a aidé dans la préparation des réactifs et du matériel dont j'avais besoin pour la réalisation de ce travail.

Que ceux qui ne sont pas nommées ici nous pardonnent, s'ils ont été oubliés, ce n'est que par l'écrit ...

Merci à Tous.

Sommaire

INTRODUCTION PARTIE BIBLIOGRAPHIE			1 2
I)	Algues :		2
	1) Classification		2
		Utilisations	3
II)		Les polysaccharides (phycocolloïdes)	4
	1)	Classes	5
	a)	les carraghénanes	5
	b)	Les agars	6
	c)	les alginates (Qui seront traités et détaillés dans ce mémoire.)	6
	2)	Les alginates	7
	a)	Définition et Formule chimique	7
	a)	Intérêts et valorisation des alginates	7
b)	Espèces alginophytes	7
c)	Méthodes de dosage	9
		i. Méthodes colorimétriques	9
	ii. Méthode gravimétrique	9

PARTIE PRATIQUE : 10

I) Matériel et méthodes 10

1) Matériel et produits nécessaires 10

a) Produits 10

b) Matériels 10

2) Matière première : 11

a) Laminaria digitata : 11

b) Fucus vesiculosus 12

3) Préparation de la matière sèche : 13

a) Prétraitement : 13

b) Principe 14

c) Extraction et purification des alginates: 15

4) Calcul des teneurs en alginates (%) 18

5) Résultats 18

6) Discussion 19

CONCLUSION ET PERSPECTIVES 20

BIBLIOGRAPHIE WEBOGRAPHIE ANNEXES

Liste des figures

Fig1 : Les Chlorophycophytes Fig2 : Les Phéophycophytes Fig3 : Les Rhodophycophytes 2

Fig4 : Marchés mondiaux: familles d'application. [9] [17] Erreur ! Signet non défini.

Fig4 : Marchés mondiaux: familles d'application. [9] [17] 4

Figure 5 : Principaux colloïdes présents dans chaque famille d'espèce [9] [17] 5

Figure 6: Motif structural du é-carraghénane [20] 5

Figure 7: Structure du modèle agarose [15] [16] 6

Fig 8: Place des phycocolloïdes parmi les produits utilisés pour épaissir ou gélifier les

solutions aqueuses. 6

(Source : R. Perez, 1997.) [9] [17] 6

Figure9 : unité structurale d'alginates [16] 7

Figure10 : Principales zones de récolte des alginophytes dans le monde. [1] 8

Figure10 : Morphologie externe et cycle digénétique hétéromorphe de L. digitata. (Source

Pearson éducation 2008) 11
Figure11 : Morphologie externe et cycle digénétique hétéromorphe de F. vesiculosus.

(Source l.kautsky, siteweb : www.azote.se, consulté le 23-5-2013) 12

Fig 12 : Lavage et nettoyage des algues à l'eau courante 13

Fig 15 : Pesée du poids de la matière sèche 13

Fig 14 : Séchage à l'étuve 80°C pendant trois jours 13

Fig 13 : Pesée du poids de la matière fraiche 13

Fig 16 : découpage d'une quantité de biomasse de l'algue sèche (tableau 4) en très petits

morceaux dans un erlenmyer et ajout de 400 ml d'eau 15

Fig 18 : chauffage à 90°C et agitation du mélange pendant 2h 15

Fig 17 : réglage du pH du milieu à 10,5 avec 2 ml de (NaHCO3- 0,5M) 15

Fig 19 : récupération du filtrat 15

Fig 20 : récupération du volume de la suspension 16

Fig 21 : incorporation de l'éthanol ou de l'alcool commercial avec agitation 16

Fig 22 : Apparition des alginates, sous forme d'un gel visqueux et fibreux translucide 16

Fig 25 : récupération du surnageant dans une boite de pétri déjà pesée 16

Fig 24 : Centrifugation de la solution de Fucus vesiculosus à 60tour/15min 16

Fig 23 : Filtration et récupération des filaments de Laminaria digitata 16

Fig 26 : utilisation du papier filtre déjà pesé pour les faibles quantités 17

Fig 27 : Séchage du filtrat et du surnageant à l'étuve et le peser chaque fois jusqu'à

stabilisation du poids 17

Fig 28 : Pesée du filtrat et du surnageant après séchage complet et stabilisation du poids 17

Fig 29 : Teneurs en alginates (%) en fonction du poids de la matière sèche en g de Laminaria

digitata et Fucus vesiculosus 19

Liste des tableaux

Tableau 1 : domaines d'utilisation des macroalgues 3

Tableau 2 : Principaux types des carraghénanes [16] 5

Tableau 3 : la Teneur en alginates de quelques alginophytes. [1] 8

Tableau 4 : protocole expérimentale et résultats des teneurs en alginates en g 18

Tableau 5 : Teneurs en alginates exprimées en pourcentage par poids de matière sèche des

deux macroalgues. 19

1

Introduction

Qu'elles soient vertes, brunes, rouges ou bleus, microscopiques ou macroscopiques, les algues doivent absolument trouver, ou retrouver, la place qui leur revient car elles vont nous aider à résoudre certains grands problèmes auxquels l'humanité est confrontée aujourd'hui , ceux touchant à l'écologie à l'alimentation et qui impliquent des solutions urgentes afin d'éviter des catastrophes mondiales dont on mesure mal, ou dont on veut ignorer, l'importance et la gravité.

Utilisées depuis des millénaires par les populations littorales pour leurs hautes valeurs nutritives, les algues constituent aujourd'hui un intérêt majeur de développement économique. Ainsi, la masse monétaire brassée chaque année par l'industrie algale est croissante et estimée en

2003 entre 5,5 et 6 milliards de dollars.
Les principales substances extraites des algues sont les polysaccharides de la famille des agars, des carraghénanes et des alginates dont les propriétés physicochimiques gélifiantes ou stabilisantes intéressent de nombreux secteurs industriels. En effet, l'obtention de telles macromolécules est facilement accessible par des simples extractions à l'eau chaude.

Depuis plusieurs années, un regard particulier est porté sur la recherche de nouvelles substances d'intérêts biotechnologiques. Ainsi, sur le marché pharmaceutique et cosmétique, 30 % des substances actives ont été développées à partir de substances naturelles dont 10 % ont été

isolées à partir des macroalgues.
A l'état naturel, les alginates sont sous forme de sels dans les parois cellulaires des Algues brunes. Ils sont composés de deux unités dérivées du mannose, l'acide mannuronique et l'acide guluronique. La proportion de l'un par rapport à l'autre détermine les caractéristiques plus ou moins gélifiantes du produit. Ils permettent, selon les sels utilisés, d'épaissir des solutions, de former des gels ou des films. Ces propriétés rhéologiques des alginates font des alginophytes des

végétaux d'intérêts industriels.
Les alginates peuvent absorber jusqu'à 140 fois leur volume d'eau. En raison de leur charge, ils interagissent également avec de nombreuses molécules biologiques, telles que les protéines ou les acides gras. Ils sont utilisés dans l'industrie sous l'appellation E400 à E405.

Le Maroc est le troisième pays au niveau mondial dans l'exploitation industrielle des agarophytes et fournit aujourd'hui une grande partie de la matière première (60 %) pour la production d'agar extraite de Gelidium ou encore « el aachba ÉÈÔÚáÇ » comme l'appel la population de ces zones surtout El-Jadida et Kenitra.par contre 40 % de Gelidium et la totalité d'algues productrices des carraghénanes sont récoltés et exportées à l'état brut vers les pays ayant un équipement adéquat Les alginates constituent une exception: ils sont souvent extraits à partir d'alginophytes issues de champs naturels limités en plus la culture des algues brunes est trop coûteuse cela à fait que les alginates n'ont pas eux beaucoup d'attention.

Dans ce contexte le présent travail s'est centré sur l'étude des alginates en faisant appel à une comparaison de teneurs en alginates entre des espèces alginophytes récoltées sur les côtes atlantiques marocaines.

2

Partie Bibliographie

I) Algues :

Les algues sont des végétaux thallophytes chlorophylliens à mode de vie autotrophe et essentiellement aquatique. Selon la classification classique, elles sont caractérisées par un appareil végétatif dans lequel on ne distingue ni racine, ni tige, ni feuille ; cet appareil végétatif porte le nom de thalle, (du grec thallos, qui veut dire rameau ou jeune pousse). [2] [12]

1) Classification

Les algues appartiennent à la catégorie des êtres vivants EUCARYOTES (phycophytes) ou à la catégorie des êtres vivants PROCARYOTES (cyanobactéries) constituent les groupes taxinomiques suivants : [2] [12]

-les algues eucaryotes ou Phycophytes qui constituent un vaste groupe divisé en 6 embranchements, eux-mêmes subdivisés en différentes classes :

o Les Chlorophycophytes (fig1) avec: les Chlorophycées, les Zygophycées et les Charophycées.

o Les Phéophycophytes (fig2) avec une seule classe : les Phéophycées.

o Les Chrysophycophytes avec: les Chrysophycées, les Xanthophycées et les Bacillariophycées.

o Les Euglénophycophytes avec une seule classe : les Euglénophycées

o Les Pyrrophycophytes: les Dinophycées, les Cryptophycées et les Raphidophycées.

o Les Rhodophycophytes (fig3) avec une seule classe : les Rhodophycées -les algues procaryotes qui constituant un groupe ne formant qu'un seul embranchement

o Les Cyanophytes avec une seule classe : les Cyanophycées

Parmi ces différents embranchements, on peut distinguer aussi ceux qui sont constitués d'organismes microscopiques, les microalgues et ceux qui sont macroscopiques, les macroalgues ; ces dernières appartiennent pour la majorité aux milieux marins ; nous en retiendrons ici seulement ceux dans lesquels on retrouve pratiquement toutes les algues qui nous intéressent dans le cadre de cet ouvrage. [2] [12]

3

Utilisations

La diversité des algues et leur richesse en métabolites permet une vaste exploitation et peut s'adresser à de nombreux secteurs industriels (tableau 1 ci après).

Domaines	Utilisations
Alimentation	Un aliment à part entière Une source potentielle de compléments alimentaires Des texturants
Cosmétiques	La fabrication de masques et dentifrices Des tensio-actifs naturels.
Agriculture	Engrais Traitements Phytosanitaires Intérêts environnementaux
Alimentation animale	Nutrition animale Aquaculture
Matériaux bio-sourcés	Des compressés hémostatiques Fibres pour des vêtements de protection feu Les matériaux à liants hydraulique (colles, ciments et mortier)
Environnement, dépollution	Réduction de l'impact de l'eutrophisation Une action dépolluante et détoxifiante
Biochimie industrielle	La production de bio-alcools et de bio-méthane La production des polysaccharides

Tableau 1 : Domaines d'utilisation des macroalgues

4

II) Les polysaccharides (phycocolloïdes)

Les macroalgues sont avant tout utilisées comme légumes essentiellement en Asie, les trois quart des algues produites sont consommées en alimentation humaine directe, comme ingrédient présent dans la cuisine traditionnelle asiatique. Le fort intérêt des macroalgues réside non seulement dans leur richesse en polysaccharides classiques, comme ceux trouvés dans des plantes supérieures (amidon, cellulose), mais surtout dans leur richesse en polysaccharides très particuliers les phycocolloïdes (18 à 45% de la masse sèche chez les algues brunes). (fig4) [8] [9] [15] [18] [19]

1) Classes

Les phycocolloïdes suivant les familles des algues et leur exploitation en industrie (fig 5) sont composés principalement de trois groupes de molécules polysaccharidiques :

a) les carraghénanes

classés dans les ingrédients sous les codes E407 ils sont extraits des algues rouges notamment l'espèce Chondrus crispus et sont chimiquement composés de polysaccharides linéaires constitués de molécules de galactopyranoses alternativement liés en â-1,3 et á-1,4 et plus ou moins substituées (20 à 38 % de sulfates) (fig 6), et ils se subdivisent suivant la teneur en groupements sulfates en trois types (Tableau 2) : [6] [8] [9] [15] [19] [20]

j

5

Kappa

	Iota	Lambda
1 groupement SO3 -	2 groupements SO3^-	3 groupements SO3 -
Gel souple	Gel mou visqueux	Gel liquide
Filaments sérés	Filaments moins denses	Filaments dispersés

Tableau 2 : Principaux types des carraghénanes [16]

b) 6

Les agars

Répertoriés dans les ingrédients sous le code E406 avec des concentrations souvent petites les agars qui sont extraits des algues rouges, se composent de deux polysaccharides : l'agarose et l'agaropectine (fig7). [6] [8] [15] [16].

c) les alginates (Qui seront traités et détaillés dans ce mémoire.)

Les principales applications de ces phycocolloïdes sont liées à leur structure macromoléculaire et à la charge des polysaccharides qu'elles contiennent. Ces caractéristiques leur donnent la possibilité d'attribuer aux produits une fermeté plus ou moins épaisse ou gélifiée. [8] [9] [18]

Les phycocolloïdes représentent 39% des produits utilisés pour épaissir ou gélifier dans le monde puisque ils sont très utilisés dans la préparation d'aliments et de conforts. La demande en ces produits progresse en fonction de l'augmentation des demandes de la population, du changement des habitudes alimentaires et du développement de la bio-alimentation. [9]

7

2) Les alginates

a) Définition et Formule chimique

Les alginates sont des polysaccharides linéaires, anioniques des polymères composés d'un enchaînement de deux acides hexuroniques : les monomères d'acide B-D-mannuronique (M) et d'acide á-L-guluronique (G) (fig9). La proportion des deux acides uroniques varie non seulement selon les espèces, mais encore suivant l'âge et les différentes parties du thalle. [6] [8] [9] [15] [16]

a) Intérêts et valorisation des alginates

Ils sont utilisés comme agents gélifiants et/ou épaississants dans l'industrie alimentaire et pharmaceutique. On les retrouve comme stabilisants des émulsions et des suspensions comme par exemples les crèmes glacées, confitures, crèmes, crème pâtissière, lotions, pâtes dentifrices, et

comme revêtement pour les pilules.
Ils sont également utilisés dans d'autres domaines industriels telles que la production de peinture, de certains matériaux de construction, de la colle et du papier, de l'huile, de photos et dans

l'industrie textile.
Leur capacité à pouvoir se lier aux cations et métaux lourds les rend aussi utilisables comme dépolluants et détoxifiants. [1] [3] [8] [9] [10] [18]

b) Espèces alginophytes

Les alginates sont des composés naturellement présents dans la paroi cellulaire des algues brunes sous forme de sels de magnésium, calcium et sodium. L'ensemble des espèces d'algues brunes (Phéophycées) qui contiennent les alginates sont appelées espèces alginophytes. Certaines espèces d'algues rouges (famille des Corallinacées) peuvent contenir des concentrations très faibles (< à 1% en masse sèche) en alginates sans pour autant faire partie des alginophytes. En effet pour constituer une matière première intéressante pour l'industrie, il faut que la teneur soit supérieure à18% en masse sèche et que l'alginate soit de bonne qualité il est particulièrement élevé lorsque l'acide alginique est riche en acide guluronique donc plus le rapport M/G est faible, plus l'aptitude

à la gélification est forte.
La grande majorité des algues destinées à la production d'alginates sont récoltées depuis l'habitat naturel, l'aquaculture est trop coûteuse, à l'exception des cultures réalisées en Asie, Japon, Chine et Corée. (Fig 10 et tableau 3) [1] [10]

8

Les teneurs en alginates varient de 10 à 45% (en masse sèche) (tableau 3) selon l'espèce considérée, (Pérez et al. 1997;Kloareget al. 1988) [1]

Tableau 3 : la Teneur en alginates de quelques alginophytes. [1]

En plus de la variation avec les espèces d'algues brune, la composition en alginates dépend de :

I l'état physiologique des algues,

I la période de l'année,

I Parties du thalle:

- stipe (pied) : quantité élevée de blocs G

- lame: quantité élevée de blocs M

I de l'âge des tissus

I de la zone de croissance

I des lieux de récolte (M/G plus petit dans les modes battus)

I de la saison

I et de la durée et les conditions de conservation

9

c) Méthodes de dosage

La méthode la plus courante pour déterminer la teneur en alginates d'une algue, consiste à les extraire à chaud par solubilisation alcaline puis les précipiter pour les quantifier par pesée (Pérez, 1970; Haug, 1964). Cette méthode d'extraction sera traitée dans la parie pratique de ce mémoire. Ou à les doser en solution aqueuse dosage des sucres totaux classiques peuvent êtres utilisés, par exemple le protocole de Dubois et al. (1956). Celle-ci peut conduire à une sous-estimation en raison des pertes qu'elle induit, notamment dans le cas d'alginates dégradés ou de faible masse Moléculaire qui précipitent mal. [1] [10]

Les alginates, en solution aqueuse, extraits de la biomasse algale sont dosés par deux méthodes soit par colorimétrie où par gravimétrie.

i. Méthodes colorimétriques

s Méthode au phénol (méthode de Dubois) [6] [15]

Des solutions de 5 à 100 ug.ml-1de glucose constitutives de la gamme étalon sont préparées

simultanément.

= A 200 uL de surnageant ou de la gamme étalon dans des tubes à essais, on ajoute :

= 200 uL d'une solution aqueuse de phénol à 5 %.

= Le mélange est homogénéisé au vortex

= 1mL d'acide sulfurique concentré est rapidement introduit à la pipette dans le milieu

réactionnel.

= Après homogénéisation au vortex,

= le mélange est porté au bain-marie à 100°C durant 5 minutes. Les tubes sont refroidis dans

un bain de glace et placés 30 minutes à l'obscurité.

= Les densités optiques sont par la suite mesurées à 492 nm

s Méthode au bleu d'Alcian (Analyse des polysaccharides sulfatés) [7] [15]

A partir d'une solution mère d'agar on prépare une gamme de concentrations croissantes de

50 à 400 mg/l. l'eau distillé servira de blanc optique.

Chaque tube recevra les solutions suivantes :

= 1ml de suspension algale (remplacer par l'agar pour la gamme)

= 4ml d'acide acétique (0,5M)

= 50ul du bleu d'alcian (10mg/ml)

= On agite au vortex pour homogénéiser et on les incubes pendant 12h

= On centrifuge (4000g/20min)

= On lit la DO à 610 nm sur un Spectrophotomètre Perkin-Elmer

-

ii. Méthode gravimétrique

Cette méthode nécessite la séparation des alginates de la solution aqueuse soit par centrifugation soit par filtration. Les alginates recueillis sont séchés à l'étuve puis pesés et ensuite ramenés au poids de la matière sèche ou fraiche de l'algue. Cette dernière méthode sera utilisée pour l'estimation des alginates extraits des deux algues objet de ce travail. [1] [10] [15]

10

Partie pratique :

I) Matériel et méthodes

L'extraction se fait dans un erlenmyer contenant une quantité d'algues sèches à laquelle 400 ml d'eau du robinet est additionnée à un pH alcalin par ajout des carbonates de sodium.

1) Matériel et produits nécessaires

a) Produits

o Une solution de carbonates de sodium NaHCO3 (0,5 M) (Annexe 1)

o une solution d'éthanol

o une solution d'alcool commercial

o l'eau distillée

o l'eau du robinet

b) Matériels

o 1 balance

o 2 ciseaux

o 1 étuve (0-100°C) pour le séchage du matériel végétal

o des béchers de 400 ml

o des erlenmyers de 1 L

o plaques chauffantes avec agitateur magnétique

o barreaux aimantés

o Une centrifugeuse (50 tours / 20 min)

o Une culière

o Un papier pH

o 1 éprouvette (mesuré dedans 400 ml d'eau ainsi que le filtrat)

o 2 pipettes de 1 ml

o 1 pissette

o Un filtre a mailles serrées (tamis)

o Papier aluminium

o papier de filtration du café type 4

o des boites de Pétri

Lame

Zone méristimatique

Haptères

Stipe

11

2) Matière première :

Nous avons choisi de travailler sur deux espèces appartenant à la famille des phéophycées qu'on rencontre dans nos côtes atlantiques Marocaines dans la région de Safi à Essaouira Kedima. Il s'agit de Laminaria digitata (fig13) et de Fucus vesiculosus (fig14) ; La récolte des échantillons est réalisée lors de la marée basse du 4 Mai 2013 ;

a) Laminaria digitata :

L'espèce Laminaria digitata est une algue brune appartenant à la classe des Phéophycées et à l'ordre des Laminariales, avec une durée de vie maximale d'environ 4 à 5 ans. Elle se fixe aux rochers par des Haptères (crampon de fixation) et elle est composée d'un stipe, d'une zone méristimatique et d'une lame. Le sporophyte est immergé en permanence, à l'exception des marées basses. Cette algue est donc peu soumise à la dessiccation, aux variations de température et de salinité (Figure 10). [1] [3] [4] [10]

Le sporophyte (2n) produit des spores méiotiques (n) qui donnent naissance à des gamétophytes mâles (n) ou femelles (n). La fusion des gamètes redonne un nouveau sporophyte (2n) Le sporophyte est macroscopique. Le gamétophyte est microscopique. (Fig 10) [1] [3] [10]

12

b) Fucus vesiculosus

L'espèce Fucus vesiculosus est une algue brune appartenant à la classe des Phéophycées et à l'ordre des Fucales appelée également varech vésiculeux du fait de la présence d'aérocystes, (des vésicules aérifères, ovoïdes ou circulaires) isolés ou groupés par paires, à paroi épaisse, de part et

d'autre de la nervure centrale
Accrochées aux rochers par des disques adhésifs, et avec des frondes forment des lames foliacées de 20 centimètres à 1 mètre de long, d'un brun plus ou moins olivâtre ; linéaires à la base, elles sont ramifiées dichotomiquement et parcourues par une pseudo-nervure médiane. (Fig 11) [3] [4]

Le sporophyte male et femelle (monoïque ou dioïque) (2n) produit des spores méiotiques (n) qui donnent naissance à des gamétophytes mâles (n) ou femelles (n). La fusion des gamètes redonne un nouveau sporophyte (2n) Le sporophyte macroscopique. Le gamétophyte est microscopique. (Fig 11) [1] [4]

Fronde formée de lames foliacées

Vésicules aérifères, ovoïdes ou circulaires

Stipe

Haptères (crampon de fixation)

3) Préparation de la matière sèche :

a) Prétraitement :

Les échantillons récoltés sont traités au laboratoire par lavage et nettoyage à l'eau courante afin d'éliminer toutes les impuretés possibles (sels, sables, coquilles, etc.)

? Taille et teneur en eau :

La taille des thalles de Laminaria digitata mesuré par une règle (stipe et lame) varie de 20 à 30 cm ce qui correspond environ à un âge de 2 ans. Celle des thalles de Fucus vesiculosus varie de 7 à 13 cm et sont alors considérés en stade jeune. La teneur en eau est évaluée par séchage à l'étuve réglée à la température 80°C pendant trois jours. Le pourcentage en eau est calculé comme suit : poids frais - poids sec / poids frais x100 (Annexe

2) [10]
La biomasse des deux algues est conservée au laboratoire par séchage à température ambiante.

13

14

b) Principe

La méthode la plus courante pour déterminer la teneur en alginates d'une algue, consiste à les extraire à chaud par solubilisation alcaline puis les précipiter pour les quantifier par pesée. (Fig a) L'extraction des alginates est réalisée à chaud ou "Hot Extract" à 90°C

Le traitement à chaud sert a dégrader la paroi cellulosique et mettre les alginates en contact direct avec le milieu réactionnel.

Les carbonates de Na ont trois fonctionnalités

? la solubilisation des alginates par désagrégation des liaisons entre les alginates et les autres constituants de la paroi

surtout les protéines grâce au pH alcalin

? la formation des alginates de Na

? et la précipitation des ions alcalino-terreux.

Un pH trop acide ou trop basique peut détruire les molécules d'alginates par hydrolyse.

Et avec l'incorporation de l'éthanol les alginates s'agglomèrent sous forme de gel flottant à la surface de la solution.

c) Extraction et purification des alginates:

L'extraction des alginates est réalisée à chaud ou "Hot Extract" à 90°C(fig 18), à un pH alcalin (pH 10) par addition d'un volume d'une solution aqueuse 0,5M de NaHCO3(fig 17). A un

tel pH, le rendement d'extraction des alginates est encore meilleurs [1] [15] [21].
Les différentes étapes de l'extraction et du dosage sont illustrées par les photos suivantes :

.

15

16

17

18

4) Calcul des teneurs en alginates (%)

Les teneurs en alginates extraites après précipitation par l'éthanol dans l'extrait sont déterminées après séchage par pesée. Les teneurs sont alors calculées suivant l'équation suivante :

(Calculs : Annexe 3)

Avec,

T:teneurs en alginates(%)

P alg: poids de la matière sèche d'alginates extraits (g),

P as : poids de la matière sèche d'algue utilisée pour l'extraction(g)

5) Résultats

Le tableau 4 ci-dessous regroupe les étapes du protocole d'extraction et de purification des alginates ainsi que les résultats obtenues chez l'espèce Laminaria digita et Fucus vesiculosus

On note que les teneurs en alginates varie selon qu'il s'agit de thalles adultes ou jeunes ainsi les différentes parties du thalle contiennent des teneurs différentes selon leur rôle adaptatif

	Laminaria digitata			Fucus vesiculosus
Poids de la matière fraîche	214,32 g			216,47 g
Etat physiologique	Thalles de 2 ans (20 à 30 cm)			Thalles jeunes (7 cm)
	lames	Thalles entiers
Poids de la matière sèche : N	50 g	10 g	5 g	50 g	20 g	5 g
Volume d'eau ajouté	400 ml			400 ml
	Deux heurs d'extraction à chaud avec agitation
Volume du filtrat récupéré	300 ml	390 ml	394 ml	375 ml	330 ml	396 ml
	Précipitation à l'éthanol ou à l'alcool commercial
				Volume centrifugé 130 ml
Poids d'alginates récupéré après séchage	6,34 g	0,34 g	0,17 g	0,21 g	0,23 g	0,09 g

Tableau 4 : protocole expérimentale et résultats des teneurs en alginates en g

19

Le tableau 5 ci-dessous regroupe les pourcentages des teneurs en alginates chez l'espèce Laminaria digita et Fucus vesiculosus ainsi que leurs moyennes et les écarts types.

L'algue	Laminaria digitata			Fucus vesiculosus
Poids sec	50 g	10 g	5 g	50 g	20 g	5 g
Teneurs en alginates(%)	12,68	3,4	3,4	1,22	1,15	1,8
Moyenne %	10,54			1,24
Ecart type %	3,91			0,153

Calculs des moyennes et écarts types voir Annexe 4.

Tableau 5 : Teneurs en alginates exprimées en pourcentage par poids de matière sèche des deux

macroalgues.

6) Discussion

Les teneurs en alginates chez Laminaria digita sont variables en fonction des prises d'essais. Elles varient de 3,4 à 12, 68 % pour une moyenne de 10,54 %.(tableau 5), la teneur est maximale au niveau de la zone de croissance et décroît au fur et à mesure qu'on s'éloigne de cette dernière. La teneur maximale absolue a été trouvée au cours de la troisième année ainsi la teneur en alginates atteint une valeur importante et reste stable pendant une période relativement longue (plus de 24 %

pendant 7 mois). [10]
Cette variation se retrouve aussi bien chez les thalles fertiles que chez les stériles mais, dans les premiers, la baisse de la teneur est extrêmement prononcée au niveau de la zone méristimatique. On comprend, de ce fait, pourquoi les algues fertiles ont, quel que soit le mois, une teneur en alginates inférieure à celle des algues stériles. [10]

Cette variation peut être expliquée par plusieurs facteurs qui influencent la composition biochimique de l'algue tels que son état physiologique (fertiles ou stériles), la période de l'année, la partie utilisée du thalle, de l'âge des tissus, de la zone de croissance, des lieux de récolte et de la saison.

La teneur diffère sensiblement selon l'âge des thalles, Chez Fucus vesiculosus, les teneurs sont relativement constantes quelque soit la prise d'essai. Elles oscillent entre 1,22 à 1,8 %, (fig 29) ce qui peut s'expliquer par le jeune âge des thalles.

Cependant on note que Laminaria digitata contient plus d'alginates que Fucus vesiculosus. En effet, la pluparts des travaux scientifiques (Pérez, 1970 Haug et al. 1954; Gayral et al. 1973 ; Jensen, 1956a et 1956b) rapportent que les Laminariales sont reconnues par leur richesse en alginates par rapport aux Fucales. L'espèce Laminaria digitata est considérée parmi les alginophytes les plus riches (tableau 3), alors que parmi les Fucales et le genre Fucus, seule l'espèce Fucus serratus est citée comme faisant partie de celles-ci.

19

20

Conclusion et perspectives

Conclusion

Depuis leur découverte l'intérêt des alginates, issues des algues brunes (alginophytes), n'a pas cessé d'augmenter pour aboutir à une industrialisation et une commercialisation mondiale.

Les alginates font l'objet de beaucoup de travaux de recherche, mais la grande majorité est axée sur la caractérisation moléculaire et les propriétés rhéologiques des produits finis.

Ce travail avait pour objectif, la valorisation de deux algues marines brunes de la côte atlantique du Maroc : Laminaria digitata et Fucus vesiculosus. Grâce à cette étude comparative nous avons pu démontrer que la teneur en alginates n'a pas la même valeur dans les deux algues. Les teneurs en alginates diffèrent d'une espèce à l'autre, elles varient de 10 à 45% (en masse sèche) selon l'espèce considérée, son état physiologique, la période de l'année et l'âge du pied etc. Pour les travaux disponibles sur le procédé d'extraction, la démarche consiste en général à apporter des améliorations au niveau de chaque étape du procédé existant pour obtenir des gains notamment en termes de rendement, et de qualité du produit final.

Perspectives

Le Maroc, avec sa double façade Atlantique et Méditerranéenne, longue de plus de 3500 Km, est un pays profondément influencé par la mer, ce qui implique la présence d'une biomasse d'algues

très importante par rapports à d'autres pays.
La valorisation de cette biomasse algale est considérée parmi les programmes nationaux les plus intéressants dans l'exploitation du milieu marin le plan du Maroc Vert. Les algues ont déjà une valeur commerciale reconnue dans des domaines variés, elles sont une source importante de polysaccharides utilisés comme agents émulsifiants, épaississants et stabilisateurs dans les industries alimentaires. Leurs propriétés antibiotiques, antivirales et anti-inflammatoires leur

confèrent une valeur appréciée en pharmacie et en médecine
Cependant, au vu des qualités que peut présenter ces substances, les industries s'attachent encore à développer de nouvelles applications plus productives et de qualité.

Enfin, Au terme de ce travail, on peut dire que ces substances naturelles sont loin d'être totalement exploités et continueront, sans doute, à offrir d'autres applications plus intéressantes. A titre

d'exemple les résultats obtenus.

La recherche sur internet est effectuée du 20/02/2013 au 23/05/2013

BIBLIOGRAPHIE

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+ [4] Isabelle GOUJON, Les Alginates : excipients d'origine marine utilisés dans l'industrie
pharmaceutique Application à la synthèse d'un gel chimique, Université Henri Poincaré - Nancy I, 2004, 155 P

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+ [6] Gaël RUIZ, Extraction, Détermination Structurale et valorisation chimique de phycocolloïdes d'algues rouges, 10 novembre 2005, 256 P

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+ [8] Sandrine GARON-LARDIERE, Etude structurale des polysaccharides pariétaux de l'algue rouge ASPARAGOPSIS armata (Bonne maisoniales), UNIVERSITÉ DE BRETAGNE OCCIDENTALE, 24 février 2004, 332 P

+ [9] Julie PERSON [Trimatec], LIVRE TURQUOISE Algues, filières du futur, 17-19 Novembre 2010, 182 P

+ [10] René PEREZ, écologie, croissance et régénération Teneurs en acide alginique de LAMINARIA digitata sur les cotes françaises de LA MANCHE, 1971

+ [11] Sassi, J.-F. (2009). «Industrial Applications of Algal Polysaccharides.» CEVA

+ [12] Yves Dondieu, la santé par les algues, 1986

+ [13] CEVA. (Novembre 2010). «Étude des potentialités industrielles des macrophytes marins des écosystèmes lagunaires de la Région Languedoc-Roussillon.» CEVA pour ALGASUD

+ [14] Perez, R. (1997). «Ces algues qui nous entourent : conception actuelle, rôle dans la biosphère, utilisations, culture. » IFREMER, 1997, 60 P

WEBOGRAPHIE

' [15] http://www.refer.mg

' [16] http://www.futura-sciences.com

' [17] http://www. ceva. Fr

' [18] ftp://ftp.fao.org/docrep/fao/012/i1092e/i1092e02a.pdf

' [19] http://www.scribd.com/doc/35347678/carraghenanes

' [20] http://plozevet.hypotheses.org/4574/pstion_ph_potin

T= 12,68 %

Annexes

V' Annexe 1 : Préparation de la solution de carbonates de sodium NaHCO3 (0,5 M)

A partir d'une boite contenant la poudre de NaHCO3 sur laquelle est écrit MM=105g on veut

préparer une solution de concentration de 0,5 M :

on sait que MM=105g/l=1mol
donc 0,5M=52,5g/l depuis laquelle on pipete 2 ml pour chaque répétition

V' Annexe 2 : Le pourcentage en eau

Il est calculé sur des échantillons témoins comme suit : poids frais - poids sec / poids frais x100 Pour Laminaria digitata:

% eau = 120g - 19,49g /	120 x 100	=	83,76	%
Pour Fucus vesiculosus :
% eau = 100g - 27,46g /	100 x 100	=	72,54	%

V' Annexe 3 : Calculs du Rendement d'extraction(%) T= Teneur

Pour Laminaria digitata:

Quantité d'alginates dans 50 g de matière sèche :

On a 6,34 g 300ml de filtrat

donc 6,34 g 50 g de matière sèche

Quantité d'alginates dans 214,32 g de matière fraîche :

On a 6,34 g 50 g de matière sèche

alors X g 214,32 g de matière fraîche

c-à-dire X= (214,32 g x 2,34 g) / 50 g

X=27,18 g d'alginates /214,32 g de matière fraiche

T=1,22%

Quantité d'alginates dans 10g de matière sèche :

On a 0,34 g 390ml de filtrat

donc 0,34 g 10 g de matière sèche

Quantité d'alginates dans 214,32 g de matière fraîche :

On a 0,34 g 10 g de matière sèche

alors X g 214,32 g de matière fraîche

c-à-dire X= (214,32 g x 0,34 g) / 10 g

X=7,29 g d'alginates /214,32 g de matière fraiche

T=3,4 %

Quantité d'alginates dans 5g de matière sèche :

On a 0,17 g 394ml de filtrat

donc 0,17 g 5 g de matière sèche

Quantité d'alginates dans 214,32 g de matière fraîche :

On a 0,17 g 5 g de matière sèche

alors X g 214,32 g de matière fraîche

c-à-dire X= (214,32 g x 0,17 g) / 5 g

X=7,29 g d'alginates /214,32 g de matière fraiche

T=3,4 %

Pour Fucus vesiculosus :

Quantité d'alginates dans 50 g de matière sèche :

On a 0,21 g 130 ml de filtrat centrifugé

donc Y g 375 ml de filtrat

Y=0,61 g d'alginates/375 ml de filtrat

c-à-dire

0,61 g 375 ml de filtrat

0,61 g 50 g de matière sèche

Quantité d'alginates dans 216,47 g de matière fraîche :

On a 0,61 g 50 g de matière sèche

alors X g 216,47 g de matière fraîche

c-à-dire X= (216,47g x 0,61 g) / 50 g

X=2,65 g d'alginates /216,47 g de matière fraiche

Quantité d'alginates dans 20g de matière sèche :

On a 0,23 g 330ml de filtrat

donc 0,23 g 20 g de matière sèche

Quantité d'alginates dans 216,47 g de matière fraîche :

On a 0,23 g 20 g de matière sèche

alors X g 216,47 g de matière fraîche

c-à-dire X= (216,47 g x 0,23 g) / 20 g

X=2,49 g d'alginates /216,47 g de matière fraiche

T=1,15%

Quantité d'alginates dans 5g de matière sèche :

On a 0,09 g 396ml de filtrat

donc 0,09 g 5 g de matière sèche

Quantité d'alginates dans 216,47 g de matière fraîche :

On a 0,09 g 5 g de matière sèche

alors X g 216,47 g de matière fraîche

c-à-dire X= (216,47 g x 0,09 g) / 5 g

X=3,9 g d'alginates /216,47 g de matière fraiche

T=1,8%

? Annexe 4 : Calculs de la moyenne et de l'écart type

Soit la série statistique définie dans le tableau suivant :

Avec N est l'effectif total

La moyenne est notée tel que :

La variance est notée comme suit :

La racine carrée de la variance est l'écart type de cette série Pour Laminaria digitata:

= 50x12,68 + 10x3,4 + 5x3,4 / 65 = 10,54

V = [12,68² x50 + 3,4² x10 + 3,4²x5 / 65] - 111,09 = 15,30

15,30 3,91 %

Pour Fucus vesiculosus :

= 50x1,22+ 20x1,15 + 5x1,8 / 75 = 1,24

V = [1,22² x50 + 1,15² x20 + 1,8²x5 / 75] - 1,54 = 0,23

0,23 0,15 %