Microscopies électroniques avancées dans le domaine de l’alimentation

Cet axe s’inscrit sans le cadre des enjeux thématiques identifiés dans le cadre de la Stratégie Régionale d’Innovation pour une Spécialisation Intelligente (SRI-SI) dans son volet « enjeux pour l’alimentation et la qualité de vie, du consommateur jusqu’aux systèmes de production agricole », notamment avec les thématiques s’intéressant à la construction et la déconstruction des matrices alimentaires dans un but d’ingénierie inverse, et la prise en compte des transitions alimentaires prochaines (sourcing végétal, éco-conception, extraction d’assemblages naturels, matériaux agro-sourcés, …)

Processus de filtration par membrane pour la séparation de biomolécules

Partenaires: Dr. Estelle Couallier (CR CNRS, GEPEA), Patricia Abellan (CR CNRS, IMN)

Cette thématique fait l’objet d’une collaboration entre des scientifiques du Laboratoire de Génie des Procédés – Environnement agroalimentaire (GEPEA) et des chercheurs de l’IMN. Ce sujet vise à aborder un problème clé non résolu, à savoir le manque actuel d’informations sur le comportement des biomolécules lors de la filtration des extraits de microalgues à l’échelle nanométrique. La recherche du Dr Estelle Couallier au GEPEA porte sur la récupération des lipides et des protéines à partir d’extraits aqueux de micro-algues ainsi que sur l’étude de la filtration membranaire de mélanges réels et modèles. Le but ultime de sa recherche est de proposer des stratégies de fractionnement innovantes.

Le bio-raffinage de micro-algues offre des possibilités de substitution de biomolécules dans les matières premières traditionnelles. En effet, les microalgues sont devenues une nouvelle ressource intéressante de biomolécules (protéines, glucides, lipides et pigments) utilisées dans des secteurs aussi variés que la nutrition, la cosmétique, la pharmacie, la chimie verte et l’énergie. La clé d’une séparation contrôlée des biomolécules est le développement de processus de fractionnement de la biomasse. Un processus de séparation qui peut être transféré à l’industrie doit préserver l’intégrité structurelle des molécules tout en limitant la consommation d’énergie. L’évaluation et le développement de processus «doux» et économes en énergie nécessitent une connaissance approfondie de l’organisation des molécules au cours du processus ainsi que des interactions entre les biomolécules et le milieu de séparation.

Typiquement, les membranes de filtration présentent une structure hiérarchique complexe, couvrant différentes échelles de tailles. Les membranes d’ultrafiltration et de microfiltration que l’on peut utiliser sont des milieux poreux complexes avec des tailles de pores comprises entre 2 et 400 nm en fonction de leur masse moléculaire. Une approche intéressante consiste à analyser ces systèmes dans des conditions réelles d’hydratation ou à utiliser des conditions qui préservent la structure originale.

C’est ce qui est cours de réalisation dans la thèse d’Hélène Roberge (co-direction GEPEA-IMN). L’objectif est, grâce à l’utilisation d’un microscope FIB/SEM de sonder ces membranes avant et à différents stades de filtration. L’utilisation de conditions cryogéniques doit être évaluée. Le but ultime de cette recherche est d’utiliser des solutions réelles et modèles pour élucider les mécanismes de transport, localiser et identifier les biomolécules.