Progrès dans l'utilisation de la farine de noyau de palme pour l'alimentation du bétail

La biomasse lignocellulosique, c'est un matériau fait à partir de plantes. Ça inclut des restes de culture, des déchets de bois et des débris de jardin. Cette biomasse est complexe, surtout composée de trois éléments : la cellulose, l'hémicellulose et la lignine. Il y a aussi des petites quantités de protéines, d'huiles et de minéraux. La biomasse lignocellulosique est bon marché, abondante et écolo. Elle a plein d'usages, comme produire de l'énergie, de la nourriture pour animaux, des biocarburants et d'autres produits précieux comme des tensioactifs et des bioplastiques.

Cependant, tirer le meilleur de la biomasse lignocellulosique, c'est pas évident. C'est à cause des différentes structures chimiques de ses principaux composants et des liens solides qui les maintiennent ensemble. À cause de ces défis, un processus de prétraitement est souvent nécessaire pour décomposer la biomasse avant de pouvoir l'utiliser efficacement. Il existe plusieurs méthodes pour ce prétraitement, y compris des approches physiques, chimiques, biologiques, ou des mélanges de ces méthodes.

#Tourteau de palme comme source de biomasse

Un exemple de biomasse lignocellulosique est le tourteau de palme (PKC). Après avoir extrait l'huile des fruits de palme, le matériau restant forme le PKC. Pendant que l'huile de palme est utilisée pour cuisiner et fabriquer des savons, le PKC sert de nourriture riche en protéines pour les vaches. Selon la méthode d'extraction de l'huile, le PKC peut être classé comme farine de noyau de palme (PKM) ou expeller de noyau de palme (PKE). Le PKM contient moins d'huile résiduelle et est produit avec des solvants, tandis que le PKE, obtenu par pression mécanique, a plus d'huile et un contenu énergétique plus élevé. Ça rend le PKE plus attrayant pour l'alimentation des animaux.

Le PKC est une bonne alternative aux alimentations classiques comme le maïs et le tourteau de soja. Il est peu coûteux, disponible toute l'année et ne concurrence pas la nourriture pour les humains. Cependant, son utilisation est limitée pour certains animaux, comme les porcs et les poules, surtout à cause de sa forte teneur en fibres. Les fibres du PKC peuvent poser des problèmes de digestion chez les animaux non-ruminants. Ces fibres incluent un mélange de galactomannane, de cellulose et d'autres variétés qui ne sont pas facilement digestibles. Cette faible Digestibilité signifie que le PKC ne doit constituer que 20-25 % des régimes alimentaires des animaux non-ruminants, tandis qu'il peut aller jusqu'à 30-50 % des régimes des ruminants, comme les vaches.

Pour améliorer l'utilisation du PKC dans l'alimentation animale, les chercheurs cherchent des moyens d'augmenter la digestibilité des nutriments en réduisant la teneur en fibres.

#Méthodes pour améliorer l'utilisation des fibres

Une approche pour décomposer les fibres dans le PKC consiste à utiliser des microbes spécifiques ou des enzymes. Cependant, ce traitement à base d'enzymes peut être coûteux à cause de la quantité et de la variété d'enzymes nécessaires. De plus, les résultats des différentes études peuvent varier en raison des différences dans les types d'enzymes utilisées et les régimes alimentaires testés.

La Fermentation microbienne propose une solution plus économique pour convertir la biomasse lignocellulosique de faible valeur. La fermentation en état solide (SSF), où des micro-organismes se développent sur des matériaux solides humides sans excès d'eau, a été étudiée pour améliorer la nutrition des sous-produits agricoles. La SSF peut utiliser efficacement divers déchets agricoles et génère moins de déchets liquides. Les micro-organismes impliqués dans ce processus peuvent produire des enzymes qui décomposent des fibres complexes, améliorant la digestibilité tout en rendant potentiellement l'alimentation plus attrayante et meilleure en acides aminés.

Les recherches montrent que les bactéries et les champignons peuvent augmenter la teneur en protéines tout en réduisant la teneur en fibres dans le PKC grâce à la fermentation. Cependant, de nombreuses études ont souligné de longs temps de fermentation, ce qui peut augmenter les coûts et les risques de contamination. Par exemple, une étude a montré une réduction significative des fibres et une augmentation des protéines avec certaines bactéries après sept jours de fermentation.

Cette recherche se concentre sur l'isolement d'une souche spécifique de Bacillus subtilis qui peut réduire rapidement les fibres dans le PKC. Alors que de nombreuses études se concentrent sur le PKE, cette étude examine le PKM, qui a moins d'énergie mais pourrait offrir plus de bénéfices grâce au processus de fermentation.

#Isolement et sélection de B. subtilis

La recherche a commencé par isoler la souche de Bacillus subtilis à partir de l'exocarpe de fruit de palme. Pour ce faire, les chercheurs ont rincé les fruits de palme, mélangé le lavage avec du PKM stérilisé, et laissé le mélange incuber pendant deux semaines. Ensuite, ils ont transféré les bactéries sur des plaques d'agar spéciales pour identifier les colonies individuelles. Les souches les plus prometteuses ont été testées pour leur capacité à produire des enzymes qui décomposent le mannan, un composant majeur du PKC.

La souche de B. subtilis avec les meilleurs résultats a été identifiée comme la souche F6. Cette souche a non seulement produit une bonne quantité de Mannanase mais a également montré une réponse rapide lorsqu'elle était cultivée sur du PKM.

#Fermentation en état solide du PKM

Dans les expériences de fermentation, le PKM a été stérilisé, puis inoculé avec la souche F6. La fermentation a eu lieu en incubant le PKM à 37°C pendant jusqu'à 24 heures. Après fermentation, les chercheurs ont analysé l'activité enzymatique et la teneur en fibres du PKM.

L'étude a révélé qu'après seulement six heures de fermentation, une activité mannanase significative était déjà présente. La teneur en fibres (mesurée comme fibre neutre au détergent, ou NDF) a montré une réduction de 78,4 % à 60,9 % après une seule nuit de fermentation. Cette baisse de fibres est cruciale pour améliorer la digestibilité du PKM quand il est utilisé comme aliment pour animaux.

#Analyse de l'activité enzymatique

L'activité mannanase a été mesurée à l'aide d'une méthode qui détermine combien de sucre réducteur est libéré lors de la décomposition du PKM. Les résultats ont montré que B. subtilis F6 était très efficace pour produire mannanase, ce qui a aidé à réduire la teneur en fibres dans le PKM.

Pour enquêter davantage, les chercheurs ont examiné les gènes exprimés par la souche B. subtilis pendant la fermentation. Ils ont constaté une régulation significative à la hausse des gènes liés à la production de mannanase, suggérant une réponse robuste à la décomposition des fibres dans le PKM.

#Analyse génétique et protéique

L'étude a impliqué l'extraction du matériel génétique de B. subtilis F6 pour mieux comprendre ses enzymes. En analysant l'expression des gènes, les chercheurs ont trouvé que des enzymes spécifiques liées à la décomposition du mannan étaient produites à des niveaux plus élevés pendant la fermentation. Parmi celles-ci, deux enzymes importantes étaient : GmuG et EglS, qui jouent des rôles vitaux dans la décomposition du mannan et de la cellulose.

B. subtilis F6 a ensuite été génétiquement modifié pour produire ces enzymes. Les chercheurs ont réussi à exprimer les protéines GmuG et EglS dans E. coli pour obtenir des échantillons purifiés pour des tests supplémentaires.

#Hydrolyse du PKM à l'aide de protéines recombinantes

Les enzymes recombinantes purifiées ont ensuite été testées sur le PKM pour examiner leur efficacité. L'étude a mesuré comment ces enzymes pouvaient libérer des sucres réducteurs du PKM au fil du temps. Les résultats ont montré que l'enzyme GmuG était particulièrement efficace, indiquant son rôle crucial dans la décomposition des fibres du PKC.

Fait intéressant, l'enzyme endoglucanase EglS ne semblait pas contribuer significativement à la décomposition du PKM, ce qui a souligné que GmuG était l'enzyme principale impliquée dans le processus.

#Propriétés biochimiques de l'enzyme

L'étude a également exploré les propriétés biochimiques de GmuG, y compris ses conditions optimales d'activité, comme la température et le pH. Il a été constaté que l'enzyme fonctionnait mieux à des températures entre 50-55°C. De plus, elle montrait une activité à différents niveaux de pH, montrant sa polyvalence.

Les tests de spécificité du substrat ont confirmé que GmuG travaillait principalement sur des substrats de mannan, avec peu ou pas d'activité sur la cellulose ou d'autres glucides, confirmant son rôle dans la décomposition des composants principaux du PKC.

#Conclusion

En résumé, les chercheurs ont réussi à isoler une souche de Bacillus subtilis produisant beaucoup de mannanase à partir de l'exocarpe de fruit de palme, qui était efficace pour fermenter le tourteau de palme afin de réduire la teneur en fibres. Ce processus peut améliorer la digestibilité du PKM, le rendant une option alimentaire plus précieuse pour le bétail.

L'enzyme identifiée, GmuG, était centrale dans ce processus, démontrant une forte activité dans la décomposition du mannan. Les travaux futurs pourraient se concentrer sur l'optimisation de cette bactérie et explorer son utilisation dans d'autres sous-produits agricoles.

Cette recherche jette les bases pour améliorer l'utilisation de la biomasse lignocellulosique, en faisant une solution pratique pour créer un aliment animal efficace et nutritif.