TECHNIQUE
Aquarama 85 – septembre 2019
Nouvelles voies pour la production et l’utilisation de protéines d’origine unicellulaire
L’économie circulaire est un concept qui n’a jamais été autant d’actualité qu’aujourd’hui. La transformation des flux secondaires et des flux de déchets en composants valorisables est une plus-value pour notre société, mais exige une recherche originale. Avecom s’y emploie intensément. L’entreprise de recherche de Wondelgem élabore des solutions innovantes et durables pour les problèmes écologiques et industriels. Elle a déjà réussi à produire une protéine d’origine unicellulaire dans l’industrie de transformation de la pomme de terre et recherche intensément de nouvelles possibilités démontrant les services très utiles que les protéines d’origine unicellulaire peuvent offrir.
Avecom a été lancée par le professeur Willy Verstraete, qui participe aussi à la réflexion au sein de l’entreprise. La direction opérationnelle est assurée par l’ing. Kim Windey et l’ing. Stijn Boeren est responsable du développement commercial. Avec ce couple à la barre, l’entreprise technologique s’attelle, notamment grâce à la large expertise acquise dans les secteurs environnemental et alimentaire, à la production de protéines d’origine unicellulaire à partir de différentes matières premières qui peuvent être revalorisées.
ValProMic
« Nous vivons dans une société confrontée à une population mondiale et à un niveau de vie croissants », indique Kim Windey pour poser le contexte. « Cela entraîne une demande croissante en protéines, mais il est important que ceci n’entraîne pas une pression supplémentaire sur notre environnement. Grâce à un processus de fermentation aérobie dans un réacteur, nous sommes parvenus à produire une protéine d’origine unicellulaire de haute qualité. C’est pourquoi, dans l’intervalle, nous avons créé avec ValProMic une société distincte, de concert avec Nuresys et les entreprises de transformation de pommes de terre Agristo et Clarebout. Dans ce contexte, nous produisons une protéine d’origine unicellulaire à partir des eaux de traitement amylacées diluées de ces entreprises. Le produit final est alors utilisable comme source de protéine de base dans les fourrages, comme alternative aux protéines de poisson provenant de la pêche intensive dans les océans et aux protéines de soja dépendant des importations. »
Sur la base de l’expertise acquise pour ValProMic, l’équipe d’Avecom a recherché d’autres applications possibles. « Vous pouvez récupérer des substances nutritives non seulement à partir des eaux de traitement et des eaux usées, mais aussi des flux de gaz. Pour en découvrir le potentiel, nous avons mené, en coopération avec l’entreprise néerlandaise de connaissances KWR, une étude préliminaire intitulée ‘Power to Protein’ », précise Stijn Boeren.
« La possibilité de captation du CO2 ouvre de nombreuses perspectives. »
Passer du CO2 et des minéraux aux protéines grâce à l’énergie verte
Pour ce projet, les chercheurs sont partis de l’idée qu’il faut travailler davantage avec les énergies renouvelables pour répondre aux besoins croissants mondiaux en « food and feed ». « Nous remarquons que dans de nombreuses stations d’épuration des eaux usées, des tonnes d’azote sont détruites chaque année pour donner de l’azote gazeux. Dans l’intervalle, des usines d’engrais transforment d’énormes quantités d’azote gazeux en ammoniac. Power to Protein souhaite clôturer le cycle de l’azote artificiel par le surcyclage de l’azote actif (provenant des flux résiduels) en protéines d’origine unicellulaire. Ceci a lieu par la production de protéines de haute qualité par biosynthèse avec une culture mixte de bactéries oxydant le dihydrogène (l’hydrogène se profile toujours plus explicitement comme un vecteur énergétique au haut potentiel d’avenir, réd.) dans un système de réacteur. Interviennent comme matières premières l’hydrogène (pour l’approvisionnement énergétique-biomasse), le CO2, l’ammonium et l’oxygène. Le dihydrogène est créé avec de l’électricité verte par électrolyse de l’eau ».
La production de biomasse microbienne à partir de gaz est donc une prochaine étape cruciale pour Avecom. « La possibilité de captation du CO2 ouvre de nombreuses perspectives », indique Stijn Boeren. « Cette étude en est certes encore à la phase pilote, mais travailler avec des flux de gaz purs pour la production de protéines d’origine unicellulaire offrira, à terme, une kyrielle d’opportunités au secteur de l’alimentation humaine pour la production à grande échelle de ‘nouveaux aliments’. En outre, cela peut apporter des solutions à l’échelle industrielle à la problématique du CO2. Dans ce contexte, nous ne devons pas nécessairement travailler avec des gaz purs essentiels pour l’industrie alimentaire, mais des flux de gaz industriels bruts, obtenus par gazéification de flux résiduels permanents, peuvent servir de source d’alimentation pour la production biotechnologique de biopolymères, par exemple. Ceux-ci peuvent en outre être utilisés pour la production de matériaux biodégradables. »
Pour des applications dans le secteur de l’alimentation humaine, un projet d’étude du Vlaio et de Flanders’ Food est en cours, en coopération avec les partenaires de projet Clarys Food Ingredients et Impetus. « Actuellement, une étude intensive est menée en laboratoire en vue de l’obtention d’un produit sûr sur le plan alimentaire. A plus long terme, les scientifiques pourront travailler également sur l’intégration de celui-ci dans de nouveaux produits alimentaires destinés à l’homme (saucisson cuit, burger végétarien, alternative aux œufs en réponse aux allergies éventuelles, ...). En ce qui concerne le ‘food’, un parcours d’étude et d’adaptations de la réglementation se profile effectivement encore devant nous pour pouvoir y arriver. »
Par Bart Vancauwenberghe
Illustrations Avecom
« Ne jetez pas l’azote »
La protéine d’origine unicellulaire, ou « Single Cell Protein » (SCP), est la biomasse riche en protéines de micro-organismes comme les champignons, les bactéries et les microalgues. La SCP contient également, outre des teneurs élevées en protéines de qualité, des quantités favorables de glucides, graisses, vitamines et minéraux et convient donc comme substitut de la viande dans notre alimentation. Elle est commercialisée depuis cinquante ans déjà sous différentes formes.
La culture de la SCP nécessite une utilisation nettement inférieure de la surface agricole, de l’eau douce et de l’énergie par comparaison avec les cultures traditionnelles. « Il est compréhensible que de nombreuses installations d’épuration d’eau soient aménagées pour éliminer l’azote, mais la récupération de l’azote, du phosphore et d’autres substances nutritives des flux d’eau et de gaz amène l’économie circulaire à une dimension supérieure. Le recyclage de ces matières et la possibilité de revalorisation de celles-ci en produits (alimentaires pour animaux) de haute qualité ouvrira réellement, à terme, un tout nouveau monde, en pouvant faire d’une pierre deux coups : l’épuration durable de l’eau, la réutilisation des eaux de traitement, la diminution des pics d’énergie, l’utilisation durable du CO2 et une manière innovante de fabriquer de nouveaux produits. »
Avantages
Lors de la production de protéines d’origine unicellulaire, la fermentation aérobie a lieu dans un réacteur aéré, donc plus dans l’aliment proprement dit. « Nous réunissons les micro-organismes appropriés dans une cuve de fermentation, dans laquelle nous ajoutons les matières premières pour créer une biomasse riche en protéines d’origine unicellulaire. Le choix d’un réacteur spécifique présente l’avantage que vous pouvez travailler dans des conditions optimales, après quoi nous pouvons transformer le résultat en une pâte ou un produit sec. »
La production de protéines d’origine unicellulaire est possible indépendamment du climat, n’est pas liée aux saisons et peut avoir lieu toute l’année, également à des endroits où l’agriculture traditionnelle est exclue. Les protéines d’origine unicellulaire se digèrent facilement, sont riches en minéraux et en vitamines, avec mêmes des teneurs en acides aminés essentiels supérieures à celles des protéines du poisson. « Par comparaison avec toutes les sources de protéine existantes, la protéine d’origine unicellulaire produite à partir d’énergie verte a une empreinte positive, également grâce à la transformation du CO2 et des minéraux. Cette nouvelle approche doit nous permettre de réduire la pression sur l’environnement par le biais d’engrais, de produits à pulvériser, d’antibiotiques, ... sans mettre en péril la fourniture de protéines qualitatives sur le plan nutritionnel », conclut Stijn Boeren.
