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Développement de formulations efficaces et économiques de Sinorhizobium meliloti cultivé dans les eaux usées de l'industrie d'amidon.

Rouissi, Tarek (2012). Développement de formulations efficaces et économiques de Sinorhizobium meliloti cultivé dans les eaux usées de l'industrie d'amidon. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 278 p.

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Résumé

Ce travail a pour objectif de développer des formulations efficaces et à faible coût de Sinorhizobium meliloti, cultivé dans les eaux usées d'industries d'extraction d'amidon. Il a pour objectif également de créer de nouveaux volets de valorisation des rejets industriels à travers l'élaboration des biofertilisants, et des bioproduits en toute généralité. La récolte des cellules par centrifugation est la première étape qui se situe juste avant la formulation. En industrie, la récupération maximale de cellules est indispensable pour parvenir à formuler des produits concentrés en cellules. C'est ainsi que ce procédé de séparation (centrifugation) a fait l'objet de l'étude en premier lieu dans cette thèse. L'optimisation des conditions de récolte par centrifugation par la méthode de réponse de surface a montré que le maximum de récolte (>99%) est atteint à 8000g, pendant 20 min, à pH 7 en utilisant le rotor à gadgets mobiles. L'augmentation des volumes centrifugés 20 fois réduit le pourcentage de récupération des cellules de 90% à 87% pour le rotor à angle fixe lorsque la centrifugation a été faite à 8000g pendant 20 min. Les formulations liquides de Sinorhizobium meliloti sont les plus adaptées pour les équipements agricoles et les plus faciles à appliquer. En effet, il est presque toujours recommandé de mettre les formulations en suspensions avant de les appliquer sur les grains de semence. Les faits relatifs à cet objectif ont été abordés dans cette étude. Les additifs, tels que le saccharose, le sorbitol, le polyvinylpyrrolidone (10000) (PVP), le polyéthylène glycol (8000) (PEG), les alginates de sodium, et les mélanges de PVP avec: le saccharose, le sorbitol et les alginates, et de PEG avec: le saccharose, le sorbitol et les alginates, ont été évalués pour leur capacité à protéger le Sinorhizobium meliloti au cours de 13 semaines de stockage réfrigéré. Les résultats montrent que toutes les formulations ont préservé la viabilité des cellules à des concentrations supérieures à 10⁹CFU/ml. Le saccharose à 10% w/v était le meilleur additif avec une demi-vie de 83 semaines. Le suivi de la viabilité des cellules (formulations fraiches (FLF) et formulations conservées pendant 13 semaines (OLF) après application sur les semences de luzerne a montré que les formulations FLF de PEG et de PEG-Sorb ont maintenu des concentrations supérieures à 10³CFU/grain (normes canadiennes) pour 4 mois de conservation. Parmi les formulations OLF, le PVP-sorb était le plus efficace, aboutissant ainsi au meilleur rendement en matière sèche de la luzerne (146 mg). La microscopie électronique à balayage a montré que les cellules de rhizobium sont réparties différemment à la surface des grains (comme agrégats ou répartie uniformément) selon les additifs utilisés. En plus de la viabilité des cellules, la stabilité physique des bioinoculants liquides (décantation, floculation) est un critère à considérer au cours de l'évaluation de la qualité des produits. Une nouvelle méthode de caractérisation de la suspendibilité a été développée dans cette thèse comme alternative aux techniques de mesures classiques (basées sur la décantation). Les modèles, basés sur la régression linéaire multiple (avec: le pH, le potentiel zêta, la taille des particules et la concentration en sorbitol comme variables indépendantes) ont montré l'existence de relations significatives entre ces variables (ρ <0,001, R² = 0,98). La régression sigmoïdale a révélé une relation significative entre le potentiel zêta et la suspendibilité avec une probabilité ρ = 0,007 et R² = 0,86; et entre la viscosité et la suspendibilité (valeur ρ <0,0001 et R² = 0,9823). Ainsi, ces corrélations établies permettent de proposer le potentiel zêta et la viscosité comme paramètres pour décrire la stabilité physique des formulations liquides. Les formulations en poudres de Sinorhizobium meliloti présentent plusieurs avantages que ce soit au cours de la conservation, du transport ou de l'application. Dans ce travail, les formulations en poudres mouillables ont été développées par atomisation. Le séchage par atomisation a été optimisé en utilisant la méthodologie de réponse de surface. Les paramètres étudiés sont: la température de séchage, la pression de pulvérisation, le débit d'air de séchage et le débit d'alimentation. Le lactosérum à 10% w / v, le sorbitol à 1% w/v et le saccharose à 1 % w/v ont été ajoutés au bouillon fermenté concentré avant séchage. Les réponses étudiées étaient la viabilité des cellules, l'humidité et la température à la sortie. Dans les conditions optimales (température de séchage de 105°C, un débit d'air de séchage de 0.56m3/min, une pression d'atomisation de 0.07 MPa et un débit d'alimentation de 8 ml/min) qui ont permis d'atteindre le maximum de désirabilité (0,81), la viabilité des cellules obtenue était de 6.8x10⁹CFU /g, l'humidité était de 11,4% et la température de sortie de 42°C. La viabilité des cellules dans la poudre séchée a été maintenue supérieure à10⁹ UFC / g au cours de 4 mois de conservation réfrigérée. Les formulations séchées ont donné un rendement en matière sèche de la luzerne (144.6 mg) ainsi qu'un indice de nodulation (15) similaire au control (cellules fraîches cultivées dans l'YMB (131 mg, 14) (p=0.23 pour le rendement en matière sèche; ρ=0.18 pour l'indice nodulaire). Les micrographes ont montré que les cellules de rhizobium étaient incorporées dans le mélange d'additifs (lactosérum-saccharose-sorbitol) qui les enrobait comme une matrice protectrice. Dans le but d'améliorer la qualité des formulations de Sinorhizobium meliloti, la co-inoculation Azospirillum -Sinorhizobium a été étudiée dans ce travail. L'Azospirillum brasiliense ATCC2971 0 a été produit dans les eaux usées d'amidon (SIW), des suppléments de croissance à savoir le gluconate à 0.5%w/v, l'extrait de levure à 0.5% et le mélange (extrait de levure 0.5%w/v + gluconate 0.5%w/v) ont été étudiés, la comparaison a été réalisée avec le milieu Bashan et le SIW. Les résultats ont montré que l'ajout de l'extrait de levure ou de gluconate améliore significativement le taux de croissance de 0.266h⁻¹ (pour SIW) à respectivement 0.315h⁻¹ et 0.316h⁻¹. Ces taux étaient statistiquement comparables au milieu Bashan (0.324h⁻¹). La méthodologie de réponse de surface a été appliquée afin d'optimiser la quantité d'extrait de levure ajoutée et la température de croissance d'Azospirillum brasiliense dans le milieu SIW. Le Modèle obtenu (R² = 0,92) a montré que la production maximale de cellules était à 34 °C et avec 0.28% w/v d'extrait de levure. Un test de confirmation « check point» a été effectué; Azospirillum brasiliense a été produit dans le fermenteur 7.5l. La concentration atteinte était de ≈ 0.90x10⁹CFU/ml, valeur située dans l'intervalle de confiance de la variable prédite. La comparaison entre les rendements en matière sèche des plantes de luzerne co-inoculées avec; Azospirillum Brasiliense (10⁴,10⁵et 10⁶CFU/plante) et Sinorhizobium meliloti (à 10⁵CFU/plante) a montré que la combinaison d'Azospirillum à 10⁵ ou 10⁶CFU Iplante avec Sinorhizobium meliloti à 10⁵CFU/plante a permis d'atteindre le plus haut rendement en matière sèche (augmentation respectives de 20 et 17%, ρ=0.037912) comparativement aux plantes de luzerne inoculées avec Sinorhizobium meliJoti seul à 10⁵ CFU/plante.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Tyagi, Rajeshwar Dayal
Co-directeurs de mémoire/thèse: Brar, Satinder Kaur; Prévost, Danielle
Mots-clés libres: Sinorhizobium meliloti; Azospirillumb rasilens; eaux usées; industrie; amidon
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 11 févr. 2014 16:19
Dernière modification: 17 mars 2016 18:00
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1754

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