Le lactosérum acide ou lactosérum Quark

Au cours des dernières années, le secteur industrie a connu une très grande expansion dans le monde grâce aux progrès de la science et de la technologie. L’accroissement du secteur génère une quantité importante de déchets pouvant être à l’origine de différentes sources de pollution environnementale. En fait, de nombreux sous-produits de l’industrie sont déversés dans la nature et constituent de ce fait un facteur de pollution. A Madagascar, le secteur industrie est aussi affecté par ce phénomène, notamment l’industrie laitière. Elle s’est développée et occupe une place importante dans l’économie nationale. Elle est à l’origine de la production de grande quantité de lactosérum le plus souvent non valorisée et même parfois non traitée.

Or, comme tout secteur d’activité, l’industrie laitière est concernée par le développement durable et doit satisfaire les normes environnementales. Cette dernière est régie par le décret n° 464/2003 portant sur la classification des eaux de surface et fixant les normes de rejet d’effluents aqueux selon le Ministère de l’environnement et al. en 2008.

GENERALITES SUR LE LACTOSERUM 

Dans le processus de fabrication du fromage, le lait est séparé en deux composés : le caillé, matière semi-solide qui deviendra le fromage, et le lactosérum. Ce dernier est donc un sous-produit de l’industrie du fromage et fait l’objet de notre étude de valorisation.

Définition

Lactosérum
C’est le liquide assez clair, de couleur jaunâtre, qui est retiré du caillé après la coagulation du lait dans la fabrication du fromage. La coagulation est principalement obtenue par l’action d’enzymes de type présure. Il est connu aussi sous le nom de petit-lait ou sérum. Il représente environ 90% de la masse originale du lait servant à la fabrication du fromage.

Classification

En fonction de la matière première utilisée dans la coagulation du lait par la coagulation enzymatique (présure) ou par l’acide, et selon l’acidité inférieure ou supérieure à 1,8 g/L d’acide lactique, on distingue deux catégories de lactosérum. Il y a :

Le lactosérum acide ou lactosérum Quark
Il est obtenu après coagulation du lait par précipitation des caséines à leur pH isoélectrique de 4,6. L’acidification peut être obtenue par ajout d’acide (acide chlorhydrique, sulfurique ou lactique) ou par passage sur résines échangeuses d’ions (cas du fromage à pâte molle et à pâte fraîche). Son pH varie entre 4 et 5, avec une acidité supérieure à 1,8 g.L-1.

Le lactosérum doux ou lactosérum présure
Il provient de la coagulation du lait par déstabilisation des micelles de caséine sous l’action de la présure (cas du fromage à pâte pressée cuite ou non cuite). Il aura un pH voisin de 6,2 avec une acidité inférieure à 1,8 g.L-1.

Composition chimique 

Le lactosérum est composé de 90 % d’eau, principalement d’hydrates de carbone, de protéines, des minéraux et des vitamines B et C, vitamine B2 et lactoflavine qui sont responsables de la couleur jaune vert du lactosérum.

Il est primordial de connaître que la composition dépend surtout du lait d’origine et du procédé de coagulation des caséines.  Toutefois, pour le lactosérum du fromage doux, il contient encore des résidus de présure active et un grand nombre de bactéries provenant principalement de la croissance du ferment lactique lors de la fabrication du fromage.

Valorisation

Le petit-lait est un sous-produit très précieux de la fabrication du fromage. Il existe différentes possibilités de le valoriser.

Utilisation à l’état natif

A l’état natif, le lactosérum peut servir à :
❖ L’alimentation du bétail mais cela peut poser un certain nombre de problèmes spécifiques du fait d’une part d’un risque sanitaire lié à la contamination du lactosérum par des agents pathogènes.
❖ L’élaboration de préparations laitières très anciennes et pauvres en matières grasses : recuite, ricotta, brocciu, sérac, brunost, etc.
❖ La fabrication d’une boisson contenant 35% de lactosérum filtré, une alternative aux boissons alcoolisées.
❖ Remplacer une partie du lait dans la chocolaterie ou la biscuiterie industrielle .

Utilisation des protéines du lactosérum
Les protéines du lactosérum présentent un intérêt nutritionnel par leurs hautes valeurs énergétiques et leurs compositions en acides aminés essentiels qui ne sont pas synthétisés par l’homme. Elles sont très riches notamment en lysine et tryptophane. De ce fait, elles sont utilisées pour enrichir certains produits tels que le chocolat, les aliments infantiles [1].

Utilisation du lactose
Quant au lactose, il peut être :
❖ utilisé en confiserie et comme excipient en pharmacie.
❖ utilisé pour préparer le lactulose, un isomère du lactose utilisé comme ingrédient pharmaceutique actif dans le traitement de la constipation.
❖ utilisé pour la conception de fumigène, mélangé avec du chlorate de potassium et du chlorure d’ammonium. Ce mélange crée une épaisse fumée blanche non toxique, utile dans la résolution de problème de ventilation.
❖ utilisé comme substrat pour diverse fermentations.

Utilisation des lipides du lactosérum
Les lipides du lactosérum sont peu valorisés. Cependant, la présence d’une forte proportion de sphingomyéline dans les lipides de la peau suggère un débouché possible pour les phospholipides du lactosérum en cosmétique, par exemple, dans des crèmes raffermissantes ou antivieillissement .

GENERALITES SUR L’ACIDE LACTIQUE

Historique

L’acide lactique fut découvert en 1780 par le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele qui l’isola sous forme impure du lait caillé. Plus tard, au début du XIXème siècle, un chimiste français du nom de Braconnot l’identifia dans l’eau de riz fermenté, le jus de chair à saucisse fermenté ainsi que dans les extraits de plantes fermentées, il l’appela « acide nancéïque ». Enfin un chimiste allemand, Vogel démontra l’identité des acides de Scheele et de Braconnot.

Définition
L’acide lactique connu aussi sous le nom d’acide du lait, est un acide carboxylique, de formule chimique C3H6O3. Sa structure se reflète dans son nom systématique, l’acide 2-hydroxy-propanoïque (CH3 – CHOH – COOH).

Classification
Comme il possède un carbone asymétrique, il existe 2 énantiomères d’acide lactique. L’atome de carbone numéro deux portant le groupe hydroxyle est asymétrique rendant la molécule d’acide lactique chirale. Il se présente sous deux formes optiquement actives :
❖ le premier connu sous le nom L(+) acide lactique ou (S) acide lactique
❖ le second la forme D(-)acide lactique ou (R) acide lactique (image en miroir).

Utilisations des bactéries lactiques 

Nous citons ici, les utilisations les plus courantes :
❖ Les bactéries lactiques sont utilisées empiriquement depuis des siècles dans la fabrication de nombreux aliments fermentés comme les produits laitiers (yaourt etfromage). Ces bactéries interviennent également dans la fabrication des salaisons, du vin et dans le saumurage des légumes. Elles contribuent à la texture, à la saveur des aliments et à la production des composés aromatiques.
❖ Les bactéries lactiques améliorent la conservation par l’abaissement du pH inhibant la croissance de la plupart des germes non-lactiques. <10>
❖ Les bactéries lactiques peuvent aussi produire de nombreux agents antibactériens tels que les bactériocines (peptides ou protéines ayant une activité antibactérienne) qui inhibent la croissance des flores indésirables. [14]
❖ Les bactéries lactiques pourraient aussi servir de véhicules pour de nouveaux types de vaccins oraux. Les bactéries lactiques sont, en effet, susceptibles de délivrer des antigènes à la surface des muqueuses de telle sorte qu’une réponse immunitaire à la fois locale et générale se produise.

Table des matières

Introduction
PARTIE I : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
Chapitre I : Généralités sur le lactosérum
1.1. Définition
1.1.1. Lactosérum
1.2. Classification
1.2.1. Le lactosérum acide
1.2.2 Le lactosérum doux
1.3. Composition chimique
1.3.1. Caractéristiques des protéines du lactosérum
1.3.2. Caractéristiques du glucide du lactosérum
1.3.3. Caractéristiques des lipides du lactosérum
1.3.4. Caractéristiques des germes du lactosérum
1.4 Valorisation
1.4.1 Utilisation à l’état natif
1.4.2 Utilisation des protéines du lactosérum
1.4.3. Utilisation du lactose
1.4.4. Utilisation des lipides du lactosérum
1.5. Aspect réglementaire
Chapitre II : Généralités sur l’acide lactique
2.1. Historique
2.2. Définition
2.3. Classification
2.3.1. Propriétés chimiques
2.3.2. Propriétés physiques
2.4. Domaines d’utilisations
2.4.1 Alimentaire
2.4.2. Cosmétique
2.4.3. Pharmaceutique
2.4.4. Industriel
2.5. Différentes technologies de production d’acide lactique
2.5.1 Synthèse par voie chimique
2.4.2. Synthèse par voie fermentaire
2.6. Production d’acide lactique
Chapitre III : Généralités sur les bactéries lactiques
3.1. Aperçu sur la taxonomie
3.2. Définition
3.3. Particularités
3.4. Milieu de culture
3.4.1. Les milieux non séléctifs
3.4.2. Les milieux non séléctifs enrichis
3.4.3. Les milieux séléctifs
3.5. Utilisations des bactéries lactiques
3.6. Lactococcus lactis
3.6.1 Caractéristiques
3.6.2. Classification
3.6.3. Transport du lactose chez Lactococcus lactis
3.6.4. Métabolisme du lactose chez Lactococcus lactis
Chapitre IV : Généralités sur la fermentation lactique
4.1. Définition
4.2. Différents types de fermentation
4.2.1. Fermentation alcoolique
4.2.2. Fermentation lactique
4.3. Production d’acide lactique
4.3.1. Culture discontinue
4.3.2. Paramètres influençant la croissance
4.3.2.1. Température
4.3.2.2. pH
4.3.2.3. Concentration en substrat
4.3.2.4. Concentration en inoculum
4.3.2.5. Effet de l’agitation
4.3.2.6. Besoins en facteurs de croissance
4.3.2.7. Facteurs d’inhibition
4.3.3. Cinétique de croissance
4.3.3.1. La phase de latence
4.3.3.2. La phase d’accélération
4.3.3.3. La phase exponentielle
4.3.3.4. La phase de ralentissement
4.3.3.5. La phase stationnaire
4.3.3.6. La phase de déclin
Conclusion partielle
PARTIE II : PARTIE EXPERIMENTALE
Chapitre I : Matériels et méthodes
1.1. Matériels
1.1.1. Appareils et réactifs
1.1.2. Milieu de production
1.1.3. Milieu de culture pour les bactéries lactiques
1.1.4. Milieu de préculture
1.1.5. Matériel biologique
1.2. Méthodes
1.2.1. Prétraitement du lactosérum
1.2.2. Stérilisation
1.2.3. Bactéries lactiques
1.2.3.1. Activation des bactéries lactiques
1.2.3.2. Isolemement – Identification de Lactococcus lactis
1.2.3.3. Conservation de la souche étudiée
1.2.4. Optimisation des paramètres physico-chimiques
2.2.4.1. Milieu de préculture
2.2.4.2. Conduite de la culture
1.2.5. Production d’acide lactique
1.2.6. Méthodes d’analyses
1.2.6.1. Biomasse
1.2.62. Lactose
1.2.6.3. Acide lactique
Chapitre II : Résultats et interprétations
2.1. Production du lactosérum à la fromagerie de Bevalala
2.2. Traitement du petit lait en milieu de culture
2.3. Bactéries lactiques
2.3.1. Activation des bactéries en état latent
2.3.2. Isolement
2.3.3. Identification
2.4. Optimisation des paramètres physico-chimiques
2.4.1. Influence de la concentration initiale en lactose
2.4.2. Influence de l’agitation
2.4.3. Influence de la température
2.4.4. Influence de la quantité en inoculum
2.5. Production d’acide lactique
2.5.1. Etude de la cinétique de croissance de Lactococcus lactis
2.5.2. Délimitation des phases
2.5.3. Calcul des paramètres de croissance
2.5.3.1. La vitesse spécifique de croissance
2.5.3.2. Le temps de génération
2.5.3.3. Le rendement de biomasse par rapport au substrat
2.5.3.4. Numération de germes
2.5.3.5 Gamme étalon
Chapitre III : Discussions
3.1. Aperçu sur les résultats obtenus
3.2. Volet environnement
3.3. Aperçu sur l’analyse de cycle de vie
Conclusion partielle
Conclusion générale

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