La chitine est le polymère le plus abondant sur Terre après la cellulose. Elle est une composante structurelle majeure de l'exosquelette des invertébrés et de la paroi cellulaire des champignons. Le chitosane, la forme désacétylée de la chitine, possède une grande variété d'activités biologiques incluant des propriétés antifongiques et antibactériennes, la stimulation des réactions de défense chez les plantes, des propriétés curatives, d'inhibition de croissance des tumeurs et des effets nutritionnels. Ses propriétés biologiques et physicochimiques font de lui un biopolymère très intéressant pour des applications dans plusieurs domaines tels l'agriculture, l'alimentation, la médecine, la cosmétologie, le textile et le traitement des eaux usées. Les carapaces de crevettes et de crabes sont largement utilisées comme matière première pour isoler la chitine. La préparation de la chitine provenant des carapaces de crevettes requiert la dissolution des minéraux et l'extraction des protéines et des lipides. En effet, les carapaces sont composées de protéines (-49%), de carbonate de calcium et autres sels (-36%), de lipides (-4%) et de chitine (-11%). Dans cette étude, les carapaces de crevettes utilisées étaient partiellement déprotéinées à l'aide d'enzymes. Les coûts et la sévérité des conditions associées à l'extraction de la chitine et sa transformation en chitosane limitent actuellement sa production. Un réexamen des étapes du procédé d'extraction de la chitine, la déminéralisation et la déprotéination, avec une emphase sur la valorisation des sous-produits extraits en utilisant des conditions plus douces conduiraient à une augmentation de l'utilisation des sous-produits de la crevette réduisant ainsi le problème de gestion de ces sous-produits. L'optimisation de la déminéralisation s'effectue avec de l'acide chlorhydrique (IN) avec un ratio soluté : solvant de 1 : 10 à température ambiante durant 10 minutes sous agitation. L'extrait minéral est composé principalement de chlorure de calcium (provenant de carbonate de calcium), mais aussi de l'acide phosphorique (provenant du phosphate tricalcique), du chlorure de magnésium (provenant du carbonate de magnésium), de chitosane (provenant de la chitine) et d'autres minéraux mineurs. Le calcium fut précipité sous forme de particules de carbonate de calcium d'un diamètre variant de 50 nm à 10 000 nm de différentes cristallinités (calcite, vatérite, aragonite ou dans un mélange de vatérite et d'aragonite modifiée) dépendamment de la présence ou de l'absence de SDS et de sonication durant la formation des cristaux. L'étape de déprotéination fut facilitée en augmentant la température de l'extraction. L'extractabilité des protéines augmente en présence de la sonication selon l'énergie fournie et la température mais avec des effets supérieurs à plus de 55°C. Les résultats suggèrent qu'il serait possible de déprotéiner entièrement les carapaces de crevettes à une température plus basse et dans des temps plus courts avec la sonication. Les protéines ainsi extraites seront moins dénaturées que lors d'une déprotéination standard à 100°C. Cette étude montre le fort potentiel d'obtention d'une variété de produits valorisés, en plus de la chitine, provenant des carapaces de crevettes, comparativement à une extraction utilisant des conditions plus sévères. / Chitin is the second most abundant natural polymer after cellulose, and is the major structural component of the exoskeleton of invertebrates and cell walls of fungi. Chitosan, the deacetylated form of chitin, exhibits many biological activities including antifungal, antibacterial properties, elicitation of plant defence reactions, wound-healing properties, tumour inhibition and nutritional effects. Its biological and physico-chemical properties make it an attractive biopolymer for applications in many areas such as food and agriculture, medicine, cosmetics, textiles and water treatment. Shrimp and crab shell wastes from the sea food industry are widely used for isolation of chitin. The preparation of chitin from shrimp shells, which is composed of proteins (-49%), calcium carbonate and other minerals (-36%), lipids (-4%) and chitin (-11%), involves dissolution of minerals and removals of proteins and lipids. In this study, shrimp shell was partially deproteinated by enzyme. The costs and harsh conditions associated with extraction of chitin and its transformation to chitosan currently limit their production. A re-examination of the processing steps, demineralization and deproteination, with a focus on recovering value-added products from shrimp waste using milder conditions can contribute to increased utilization of the waste and reduce the problem of waste disposal. Thus the objectives were: to determine optimal conditions for demineralization and the composition of the mineral extract; to prepare nanoparticulated calcium carbonate from the fractionated mineral extract; and to optimize deproteination with alkaline solution at lower temperatures using sonication. The optimization of demineralization was carried out with hydrochloric acid (IN) with a ratio solute : solvent of 1 : 10 at room temperature by agitating during 10 minutes. The mineral extract was composed principally of calcium chloride (derived from calcium cabonate in the shell); but also contained phosphoric acid (from tricalcium phophate), chitosan (from chitin), magnesium chloride (from magnesium carbonate), and other minor minerals. The calcium was precipitated as nanoparticles of calcium carbonate in sizes ranging from 50 nm to 10 000 nm in different crystalline morphologies (calcite, vaterite, aragonite or in a mixture of vaterite and modified aragonite) depending of the presence or absence of SDS and sonication during crystal formation. Deproteination step was facilitated by increasing the temperature of extraction. Extractability of protein increased with increase in sonication energy as well as temperature but with a greater effect above 55°C. Results suggest that it may be possible to deproteinate shrimp shells at lower extraction temperatures and times with sonication. The extracted proteins appear to be less denatured compared that obtained by conventional deproteination at high temperature of about 100°C. This study shows that there is high potential for obtaining various value-added products, in addition to chitin, from shrimp waste, rather than extraction of chitin alone using harsh processing conditions.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/19780 |
| Date | 13 April 2018 |
| Creators | Marquis-Duval, François-Olivier |
| Contributors | Arul, Joseph, Belkacemi, Khaled |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | mémoire de maîtrise, COAR1_1::Texte::Thèse::Mémoire de maîtrise |
| Format | viii, 9-98 f., application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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