Production de glutamate par corynebacterium glutamicum 2262. Mise au point du milieu de culture à base de son de blé.

CHAPITRE III

RéSULTATS ET DISCUSSION

Chapitre III Résultats et Discussion

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III.1. OPTIMISATION DE TROIS PARAMETRES D'HYDROLYSE ACIDE DES SUCRES DE SON DE BLÉ

Dans cette partie nous avons appliqué le modèle statistique Box-Behnken à 3 facteurs et trois niveaux, afin d'optimiser les paramètres d'hydrolyse du son de blé.

Le modèle Box-Behnken est un modèle statistique permettant de limiter le nombre d'essais à réaliser lors d'une expérimentation afin de déterminer une réponse pour un grand nombre de facteurs étudiés. En effet, un phénomène étudié peut toujours être modélisé sous la forme mathématique : Y = f(x1, x2,...,x_n).

Y étant la réponse à laquelle on s'intéresse et qui est dans notre cas les sucres de son de blé et la production du glutamate, f la fonction mathématique exprimant le mieux les variations de la réponse selon les différentes valeurs des facteurs (ou variables appelées xi).

Le nombre des expériences (N) nécessaire pour le développement du modèle Box-Behnken est défini comme N= 2k (k-1) + C0, (ou k est le nombre des facteurs et C0 est le nombre des points centrales). Le Box-Behnken est un bon modèle pour la Méthodologie nommée Surface de Réponse (MSR) (Ferreira et al., 2007):

Cette étude est basée sur deux points essentiels, d'une part, la mise en évidence des paramètres opératoires potentiellement importants dans l'hydrolyse acide de la matière lignocellolosique de son de blé et, d'autre part, l'application d'un modèle statistique de Box-Behnken à trois niveaux, afin d'optimiser les paramètres de cet hydrolyse. L'impact de ces trois facteurs : la concentration de l'acide sulfurique, la température d'hydrolyse et le temps d'hydrolyse ont été évalués (Tableau III.1). Comme le montre le Tableau III.1, les trois facteurs choisis pour cette étude ont été désignés comme X1, X2, X3 et prescrits en trois niveaux, codés 1, 0, -1 pour une valeur élevée, intermédiaire et faible, successivement.

La matrice du modèle et les résultats des expériences sont donnés dans le Tableau III.2. L'analyse de la régression polynomiale a été réalisée par le logiciel JMP 11 Discovery. L'expression mathématique caractérisant l'équation de régression est la suivante :

Y (sucres g/l) = 27,16 - 9,67 X1 + 1,62 X2 + 3,21 X3 - 5,79 X1 X2 + 6,18 X1 X3 + 2,88 X2 X3 - 7,06 X1 ² - 4,09 X2 ² + 1,78 X3 2

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Tab. III.1. Niveaux choisis pour l'optimisation des paramètres d'hydrolyse de son de blé

Variables	Codes des		Niveaux des variables
	variables	-1	0	1
Acide sulfurique (%)	X1	20	45	70
Température d'hydrolyse (°C)	X2	50	70	90
Temps d'hydrolyse (min)	X3	30	60	90

La réponse pour l'hydrolyse acide des sucres de son de blé a montré une grande hétérogénéité des résultats, qui prouve l'importance de ces facteurs sur le procédé d'hydrolyse. En effet, la concentration des sucres a changé suivant les niveaux des facteurs dans une gamme de 4,22 à 34,33 g.l^-1 (Tableau III.2). Cette variation reflète l'importance de l'optimisation pour atteindre une meilleure hydrolyse des sucres. En effet, l'écart de réponse du modèle par rapport aux résultats expérimentaux est représenté par les variations résiduelles. Ces dernières montrent qu'en moyenne, la différence (entre les sucres mesurés et celui simulés) des concentrations des sucres est proche de 2, ce qui indique que le modèle estimé est proche de la réalité expérimentale (Figure III.1).

Tab III.2. Matrice du modèle Box- Benhken et les résultats des expériences

Expériences	Acide sulfurique (%)	Température d'hydrolyse °C	Temps d'hydrolyse (min)	Sucres mesurés (g/l)	Sucres simulés (g/l)	Variation résiduelle (g/l)
1	45	70	60	23,81	22,52	1,29
2	45	50	30	21,75	22,27	-0,52
3	45	90	90	29,36	28,84	0,52
4	20	70	30	34,33	29,6	4,72
5	70	70	90	12,79	17,51	-4,72
6	45	70	60	22,03	22,52	-0,49
7	70	90	60	8,56	6,35	2,2
8	45	50	90	23,04	19,97	3,06
9	70	70	30	4,22	5,36	-1,14
10	45	70	60	21,72	22,52	-0,8
11	45	90	30	15,07	18,13	-3,06
12	20	70	90	26,99	25,84	1,14
13	20	50	60	14,06	18,26	-4,2
14	20	90	60	27,71	29,37	-1,66
15	70	50	60	12,38	10,71	1,66

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Fig. III.1. Corrélation entre les sucres observés et les sucres prévues.

L'analyse de régression polynomiale réalisée par le logiciel IMP 11 Discovery a permis de confirmer la fiabilité du modèle quadratique. En effet, la valeur de la probabilité P a été utilisée pour vérifier la signification de chaque coefficient, qui indique également les effets de l'interaction entre les variables. Plus la valeur de P est faible, plus l'effet du paramètre étudié est significatif. Les coefficients de régression ainsi que les valeurs de probabilité correspondantes (P) sont donnés dans le Tableau III.3. Dans notre cas la valeur de P du modèle est de 5% avec un intervalle de confiance de 95%.

A partir des donnés du Tableau III.3, on peut conclure que le coefficient linéaire du X1 (la concentration d'acide sulfurique) est très significatif avec une valeur de P de 3%. Les autres coefficients X2 et X3 et les coefficients d'interaction _X1.X3 ^et _X2.X3 et le coefficient quadratique X3² ont un effet positif sur l'hydrolyse des sucres avec une valeur de P non significative. Le coefficient d'interaction _X1.X2 et les coefficients quadratiques X1² et X2² ont un effet négatif sur l'hydrolyse des sucres avec des valeurs de P non significatives.

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Tab. III.3. Analyse de régression des résultats obtenus à partir du modèle Box Behnken.

Variables	Estimation	Erreur standard	t ratio	Prob. > |t|
Constant	27,16	5,622372	4,83	0,0048*
X1	- 9,67	3,442986	-2,81	0,0376*
X2	1,62	3,442986	0,47	0,6576
X3	3,21	3,442986	0,93	0,3936
X1 X2	- 5,79	4,869117	-1,19	0,2872
X1 X3	6,18	4,869117	1,27	0,2599
X2 X3	2,88	4,869117	0,59	0,5793
X1^2	- 7,06	5,067937	-1,39	0,2223
X2^2	- 4,09	5,067937	-0,81	0,4557
X2^3	1,78	5,067937	0,35	0,7389