207 - Génie des procédés verts au service de l'agroalimentaire et le pharmaceutique

La Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis a émis en 2003 une directive incitant les compagnies pharmaceutiques à développer et appliquer des technologies d'analyse de procédés (PAT). PAT est défini comme un système permettant de mesurer, comprendre, suivre et contrôler un procédé grâce à l'analyse en temps réel des paramètres critiques de ce procédé, l'objectif étant de garantir la qualité du produit final, de diminuer les rejets de production tout en minimisant les risques liés à l'environnement, la santé et la sécurité. Quoi que bien intégré dans l'industrie chimique classique et surtout pour des écoulements fluides, son utilisation par les compagnies pharmaceutiques est pratiquement inexistante.

Pendant les derniers 5 ans l'Université de Sherbrooke et la compagnie Pfizer collaborent dans le cadre d'une chaire industrielle dans ce domaine. Cette Chaire cible principalement les procédés de formulation sèche. Ces derniers impliquent la manutention de mélanges granulaires et des poudres qui constituent un milieu relativement peu compris et par conséquent caractérisé par un haut niveau d'imprédictibilité. Cette présentation expliquera les aspects de ce travail de recherche ainsi que les résultats obtenus et escomptés. Les extrants finaux de cet effort permettent de rendre les procédés de production pharmaceutique plus ‘verts' et généralement à respecter le principe du ‘développement durable' et peuvent trouver des applications certaines dans l'industrie alimentaire.



L'utilisation des insecticides est confrontée à plusieurs défis d'ordre économique,social et environnemental. À cet effet la nécessité de trouver  un produit  alternatif moins coûteux,et sans risque pour l'environnement et la santé humaine est impératif.

        L'utilisation des biopesticides est infaillible pour diminuer la dépendance du secteur agricole aux pesticides chimiques. Parmi ceux-ci; les biopesticides à base de Bacillus thuringiensis Bt sont utilisés pour lutter contre les insectes ravageurs de verger et de forêt.

          L'objectif de cette étude est de produire le biopesticide Bt en utilisant les eaux usées d'industrie d'amidon  comme substrat nutritif de façon à le rendre plus économique et efficace.

         Ce travail consiste dans un premier temps à produire de la biomasse de Bt dans un fermenteur de 150L en utilisant le milieu EUA comme substrats nutritifs,augmenter l'entomotoxicité de la formulation contre les larves de la tordeuse de bourgeons de l'épinette (TBE) en utilisant 40% du culot du bouillon fermenté. La troisième expérience consiste à  tester la corrosion de la formulation bioval et son adhérence  sur les feuilles d'épinettes blanches contre l'entrainement par l'eau de pluie à travers un test de lessivage.

           Les résultats obtenus nous permettrons d'optimiser la formulation de Bt pour protéger les forêts d'épinette blanche contre les larves de TBE (Lepidoptera : Choristoneura fumiferena).  



La nanotechnologie et les nanomatériaux suscitent une effervescence internationale et soulèvent de grands espoirs dans plusieurs domaines incluant l'environnement et le contrôle de la pollution. Dans ce contexte, la mise en œuvre des nanomatériaux adsorbants pour le traitement d'effluents chargés en nitrate et phosphates fait l'objet de cette étude. Ces nutriments se trouvant en concentrations excessives dans les eaux de surface et souterraines causent l'eutrophisation et des problèmes sanitaires. Les objectifs poursuivis sont: i) la synthèse et la caractérisation des matériaux adsorbants,ii) l'optimisation expérimentale de l'adsorption et (iii) l'étude de l'équilibre et de la cinétique de l'adsorption.

Les matériaux SBA-15 et SBA-16 fonctionnalisés en surface avec des groupements organiques ammonium ont été synthétisés et caractérisés. Les tests d'adsorption ont été effectués en batch et les solutions filtrées ont été analysées par HPLC ionique et spectrophotométrie. L'effet des paramètres opératoires tels que la température, le pH, la charge en adsorbant, la concentration initiale en polluants et la présence d'ions compétitifs a été investigué. La modélisation de l'équilibre et des cinétiques d'adsorption a été menée en appliquant les modèles appropriés.

Ce travail présente non seulement une approche efficace pour l'élimination des nutriments dissous dans l'eau mais aussi une stratégie peu consommatrice d'énergie et respectueuse de l'environnement.



La production catalytique de produits énantiopurs est un domaine de recherche très intense aussi bien dans le monde académique qu'au sein de l'industrie. La spécificité chirale de la chimie des organismes vivants justifie cet engouement en recherche fondamentale et appliquée. Les produits énantiopurs ont en effet des applications vastes qui vont du domaine pharmaceutique à celui de l'agroalimentaire. Parmi les méthodes catalytiques de production de substances énantiopures, on trouve la catalyse organometallique, la catalyse enzymatique et la catalyse hétérogène utilisant des surfaces métalliques modifiées par une molécule chirale. La dernière méthode a l'avantage de permettre une séparation facile du catalyseur et du produit. Elle a cependant le désavantage d'être mal comprise et difficile à contrôler. Plusieurs groupes de recherche à travers le monde travaillent sur la catalyse hétérogène asymétrique et les progrès sont rapides. Dans cette présentation, nous illustrons le développement d'une nouvelle méthodologie pour l'étude de la stéréoinduction sur les surfaces chirales modifiées. Cette approche se concentre sur la détermination de la structure moléculaire de sites chiraux uniques sur la surface du catalyseur.

Des enzymes ligninolytiques sont produites par fermentation de différents déchets agro-industriels par Phanerocheate chrysosporium, puis des composés phénoliques sont extraits par l'acétone, l'éthanol, l'eau et le méthanol. Les résidus restant après l'extraction des enzymes et les composés phénoliques sont ensuite utilisés dans l'alimentation animale. Les enzymes extraites sont employées dans la clarification du jus et la dégradation du bisphénol A. Quatre déchets  ont été testés: les résidus de poisson, les déchets de microbrasserie, ceux de l'industrie de jus de pomme et les rejets de l'industrie de pate papier. D'après les résultats de cette étude, le déchet solide de jus de pomme a permis une meilleure production d'enzymes ligninolytiques (manganèse peroxydase (1690), lignine peroxydase (387) et de la laccase (898) U /gss)). De plus, la formulation des enzymes a augmenté considérablement leur stabilité thermique, leur efficacité dans la clarification du jus de grenade et des fruits rouges (réduction des polyphénols de plus de 60%) et la dégradation du bisphénol-A (diminution de 90% de la concentration initiale (10ppm)). Aussi, il a été montré que l'acétone 80% a permis une extraction maximale de polyphénols. Enfin, l'utilisation de la biomasse résiduelle avait augmenté la teneur en protéines de 56% dans la diète des porcs, le rendement de conversion de la nourriture ingérée de 43.4 à 123.3 et l'efficacité de conversion des aliments de 55.36 à 158.08 dans la diète des porcs.



Dans l'alimentaire, le CO₂ ou N₂ sont principalement utilisés pour la congélation des aliments ou dans l'extraction supercritique des composés à haute valeur. Cependant, ces fluides cryogéniques peuvent aussi avoir une application ‘verte' comme prétraitement des matières premières, ou bien en tant que solvant d'extraction.

Récemment, des recherches ont montré que l'azote liquide peut servir comme prétraitement par immersion des fruits entiers (bleuet, argousier, raisin vert) afin de décirer leur surface et ainsi accélérer la cinétique de déshydratation de procédés de séchage convectif, sous-vide, osmotique ou lyophilisation.

Pour sa part, l'extraction solide-liquide est couramment effectuée en utilisant des Composés Organiques Volatils (COV) tels que l'hexane, le cyclohexane, le méthanol, etc. Ces solvants sont très efficaces pour dissoudre les solutés liquides et solides. Cependant, ils sont aussi inflammables, très volatils et toxiques. Des fluides cryogéniques peuvent aussi être utilisés à cette fin. Par exemple, le CO₂ liquide ou N₂ liquide ont déjà été utilisés comme solvants d'extraction ‘verte' de d-limonène à partir de l'écorce d'orange, de la cire de grains de blé, sorgho ou riz brun, de l'huile de pépins de raisins, etc.

Dans cet exposé, une analyse de l'utilisation des fluides cryogéniques pour une ingénierie de procédés ‘verts' alimentaires  sera faite, en discutant les aspects positifs et négatifs de leur application.







Pour fabriquer des ingrédients nutraceutiques tels que des peptides ou des fractions peptidiques bioactifs qui seront utilisés sous forme de suppléments alimentaires ou ajoutés dans des aliments traditionnels, ces composés bioactifs de sources naturelles doivent d'abord être séparés ou purifiés. Par conséquent, beaucoup de travaux de recherche ont été consacrés à la mise au point de méthodes efficaces d'extraction, de séparation et de concentration. Parmi les technologies existantes, l'électrodialyse avec membrane de filtration (EDMF) apparaît comme très prometteuse dans ce domaine. L'EDMF est un procédé hybride qui repose sur le couplage de membranes de filtration/échange ionique et d'un champ électrique. Tout récemment, l'EDMF a été utilisée pour la purification entre autres de peptides bioactifs provenant de différentes sources d'hydrolysats. Ainsi, la technologie a permis d'obtenir une fraction anti-cancer (hydrolysat de sous-produits de crabe des neiges), une fraction anti-diabétique (hydrolysat de soya et de lin) et enfin une fraction antihypertensive (hydrolysats de lin). Cette technologie en plus de la spécificité des fractions obtenues présente de nombreux autres avantages par rapport aux autres technologies, dont entre autres son écofonctionnement.



L'huile d'argousier (Hippophaё rhamnoides L.) présente un grand intérêt thérapeutique à cause de ses propriétés médicinales. Trois types d'huiles de différente composition sont extraits du fruit: celles de la pulpe, des grains et de la pelure. Plusieurs méthodes d'extraction, notamment celle par solvant ou par fluides supercritiques, peuvent être utilisées. Cependant, la méthode d'extraction employant des enzymes, qui a montré des bons résultats pour extraire des huiles de différents fruits et légumes, a été très peu utilisée pour l'obtention de l'huile d'argousier. Dans ce travail, trois hydrolases capables d'hydrolyser la paroi cellulaire de la pulpe et des grains, ont été choisies pour l'extraction d'huile d'argousier (cv. Indian Summer). Le rendement d'extraction a été comparé à celui obtenu par l'extraction avec chloroforme-méthanol, utilisée comme méthode de référence. Pour l'huile de la pulpe, l'extraction avec les enzymes commerciales Viscozyme L et Pectinex Ultra SP-L a montré de meilleurs rendements, 22,64 ± 0,3 % et 19,23 ± 0,3 %  respectivement à pH 4,0. L'huile de pulpe est caractérisée par des teneurs élevées en acides palmitique (36,3%), palmitoléique (40%), et faibles teneurs en acides oléique (4,61%) et linoléique (9,78%), alors que l'huile des grains-pelure (huile mixte) exhibe des teneurs élevées en acides palmitique (20,6%), palmitoléique (20,0%), linoléique (22,97%) et linolénique (20,83%). L'analyse de triglycérides corrobore bien les résultats des acides gras.



Les nanoparticules d'or (NPAu) sont d'un intérêt grandissant de par leurs dimensions, leurs formes et les propriétés uniques qu'elles possèdent.  Les NPAu ont une variété d'applications potentielles telles la libération de médicaments, le domaine biomédical et la technologie des semi-conducteurs.   Les méthodes actuelles de synthèse des NPAu sont des méthodes chimiques et physiques qui utilisent des composés dangereux à titre d'agent réducteur.  La présence de faibles traces de ces dangereux composés chimiques rend la plupart de NPAu impropres pour la libération de médicaments ou dans des applications alimentaires.  La gestion des déchets représente un important défi du secteur agro-alimentaire qui se cherche une approche intégrée de gestion tenant compte du recyclage, de la réutilisation ou de la récupération. Dans cette étude nous présentons l'utilisation de la biomasse résiduelle issue de l'industrie de transformation alimentaire, telle la peau, les tiges et les pépins, résidus issus de la transformation des raisins,pour la synthèse “verte” et la stabilisation de nanoparticules d'or (NPAu).  Lors du procédé, la croissance des NPAu a été instantanée et complètée en 5 min, et ce suivant une méthode simple et directe, utilisant de l'eau à température de la pièce.  De plus, l'analyse des résultats a permis de déterminer l'influence des concentrations de catéchine (0.5,1,1.5 mM) et de HAuCl₄ (0.5, 1,1.5 mM), et de la température (10, 25,45 °C) sur la synthèse “verte” des NPAu.



Les activités anti microbiennes et anti oxydantes de certaines formulations d'épices et de poudres de fruits à savoir, le cumin, la cannelle, les clous de girofles, ail, le paprika, les poudres de raisins, le gingembre, le curry, la coriandre et le mélange de ces épices avec les clous de girofles, ont été étudiées. Ces formulations ont été choisies comme alternatives aux nitrites et aux nitrates dans la conservation d'un produit carné (terrine). Les propriétés anti-oxydantes (les indices de TBA,les valeurs de p-anisidine) et les propriétés anti-microbiennes (le nombre total de bactéries viables) des terrines ont été étudiées durant la période de conservation. Les résultats ont montré que cinq formulations d'épices (les clous de girofle, le cumin, les clous de girofle + cumin, la cannelle et les clous de girofle + la cannelle) avaient des activités anti-oxydantes et anti-microbiennes comparables à celles des nitrites et nitrates. Alors, ces formulations d'épices pourraient être d'excellents agents de conservation, et empêcher l'oxydation des lipides ainsi que la détérioration microbienne des aliments à base de viande. Dès lors, les épices peuvent être d'importantes alternatives aux nitrates et aux nitrites pour les viandes de charcuterie.



L'objectif principal de cette étude est la modélisation de l'équilibre et de la cinétique  d'adsorption des ions ammonium contenus dans les effluents d'origine agricole sur de nouveaux adsorbants mesostructurés. La silice SBA-15 a été fonctionnalisée avec des groupements arène et propyl-sulfonique acides par la technique de greffage et de co-condensation ont été synthétisés. L'équilibre d'adsorption a été décrit en utilisant les modèles de Langmuir, Freundlich, Temkin, Redlich-Peterson et Langmuir-Freundlich. Les données cinétiques ont quant à elles été confrontées aux modèles cinétiques de pseudo premier ordre, pseudo second ordre et de diffusion intraparticulaire. Les résultats ont montré que les données de l'équilibre d'adsorption sont les mieux ajustées au modèle de Freundlich pour l'adsorbant arenosulfonique et au modèle de Langmuir pour l'adsorbant propylsulfonique. Les capacités d'adsorption maximales monocouche Qmax étaient d'environ 25 mg/g pour les échantillons arenosulfonique et de 22 mg/g pour les échantillons propylsulfonique à 278 K. Cette capacité maximale monocouche a diminué avec l'augmentation de la température suggérant le caractère exothermique du processus d'adsorption. L'adsorption des ions ammonium a été très rapide et l'équilibre atteint au bout de 15 min. Les résultats des études cinétiques ont montré que l'adsorption suit le modèle cinétique de pseudo-second ordre.