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Les dérivés de l'amidon
L'amidon est l'une des deux sources de carbone les plus largement répandues dans la nature avec la cellulose. Il est produit par les plantes et se compose :
- d'amylose
- d'amylopectine
Il est notamment utilisé dans l'industrie alimentaire (boissons, confiserie, boulangerie...) ou dans des industries diverses : fermentations, traitement de surface, colles, chimie fine, pharmacie, cosmétologie, papeterie, matières plastiques biodégradables, etc.
Différentes enzymes interviennent dans le processus de transformation de l'amidon en sirops de sucres :
- alpha-amylase
- bêta-amylase
- pullulanase
- alpha-glucosidase
- glucose
- isomérase.
Actuellement, la bioconversion de l'amidon se déroule en 3 étapes :
La liquéfaction : cette première étape consiste à transformer l'amidon en maltose et maltodextrines grâce à l'action d'une alpha-amylase.
Actuellement, on utilise une alpha-amylase thermostable issue d'une bactérie mésophile. Bien que la température optimale de croissance de cet organisme ne soit que de 30°C, son alpha-amylase, qui possède une activité maximale à 100°C, fait partie, avec les enzymes de quelques microorganismes hyperthermophiles, des apha-amylases les plus thermostables connues. L'utilisation d'enzymes issues de thermophiles n'apporterait aucune amélioration au procédé existant de liquéfaction de l'amidon.
La saccharification : elle permet d'obtenir des sirops de glucose à partir du maltose et des maltodextrines provenant de l'étape de liquéfaction. On fait agir sur le maltose et les maltodextrines un mélange d'alpha-glucosidase et de pullulanase. Les enzymes actuellement utilisées sont les d'alpha-glucosidases des champignons mésophiles.
Ces enzymes opèrent de façon optimale à 55°Celsius et perdent rapidement leur activité à 60°C.
L'isomérisation : les sirops de glucose obtenus après l'étape de saccharification peuvent être utilisés tels que ou être transformés en sirops riches en fructose grâce à l'action d'une glucose isomérase.
Le fructose, isomère du glucose, est en effet très employé comme édulcorant car c'est le plus sucré de tous les sucres naturels.
Ce procédé présente des inconvénients :
-
des conditions différentes de température et de pH diffèrent selon chaque réaction et domaine de stabilité de l'enzyme utilisée. Ainsi, la liquéfaction s'effectue à 98°C et à pH 6, il faut ensuite refroidir la solution à 60°C pour la saccharification (pH 4), puis la réchauffer jusqu'à 75°C pour l'isomérisation (pH 8).
- l'ensemble de ces réactions produit de grandes quantités de sels, qu'il faut éliminer avec les échangeurs d'ions.
L'obtention d'enzymes thermoactives et thermostables compatibles avec les conditions de liquéfaction et saccharification permettrait de réaliser en une seule étape la conversion de l'amidon en sirops de sucres et diminuerait le coût de production des sirops de glucose.
Ainsi, différentes amylases sont étudiées pour remplacer celles utilisées actuellement. L'une d'elle est produite par Thermococcus profondus. Sa température optimale est de 80°C, son pH de 5,5-6 et sa thermostabilité est accrue en présence de calcium et d'amidon.