Bioraffinerie en cascade des marcs de pomme : pourquoi l’extraction des hémicelluloses est-elle limitée ?

La production de jus et de cidre à partir de pommes génère des quantités importantes de résidus solides, le marc, qui reste faiblement valorisé. Outre une partie qui est utilisée industriellement pour la production de pectine utilisée comme texturant alimentaire, la majeure partie peine à trouver des usages. A part trouver une issue en alimentation animale, en compost ou en énergie, une approche de bioraffinerie multi-objectifs a été engagée sur le marc de pomme pour tirer parti de molécules valorisables. Étant donné la richesse de ce co-produit en parois cellulaires, la démarche vise les biopolymères pariétaux (pectines, hémicelluloses, cellulose) pour des usages alimentaires (texturant), biomatériaux ou pour leurs propriétés bioactives. Cette approche nécessite de revisiter le mode de fractionnement du marc afin de préserver à chaque étape d’extraction l’intégrité structurale des composés dans le résidu qui devient la matière première de l’étape suivante.

Après une première phase d’extraction des pectines par des méthodes douces faisant appel à des prétraitements par des solvants eutectiques profonds naturels (NADES) et de l’eau chaude (Chen & Lahaye 2021, Chen et al. 2021), les hémicelluloses ont été ciblées dans une deuxième phase de cette bioraffinerie en cascade. Parmi les NADES testés, aucun n’a permis l’extraction dans leur forme native des hémicelluloses majoritaires des pommes, les xyloglucanes (XyG). Des solvants classiques ont alors été utilisés (DMSO-LiCl, solutions alcalines) pour extraire plus de 70% des hémicelluloses et identifier les bases structurales des XyG pouvant limiter leur extraction par des solvants respectueux de leur structure. La combinaison d’enzymes (xyloglucanase et endoglucanase), de chromatographie et de spectrométrie de masse appliquée aux XyG extraits a permis de révéler la présence de domaines structuraux non-branchés distribués de façon aléatoire au sein de ces hémicelluloses fortement ramifiées (Chen et al. 2022a). L’étude de l’adsorption de ces hémicelluloses sur de la cellulose en système modèle a montré que la présence de ces domaines contribue à une plus forte interaction des XyG avec la cellulose (Chen et al. 2022b) pouvant expliquer en partie leur difficulté à être extraite en conditions respectant leur structure.

L’extraction d’hémicelluloses dans leur structure native à partir de marc de pomme reste un challenge dans le cadre d’une approche de valorisation en cascade. D’autres stratégies sont à tester pour l’extraction douce de ces polysaccharides en laissant la possibilité de valoriser la cellulose restante dans les résidus. Ces résultats permettent de mieux comprendre les relations entre la structure des XyG et leurs implications dans la régulation des propriétés mécaniques des parois végétales, des biomatériaux et dans la qualité texturale des fruits et légumes.

PUBLICATIONS ASSOCIEES :

Chen M and Lahaye M. 2021. Natural deep eutectic solvents pretreatment as an aid for pectin extraction from apple pomace. Food Hydrocolloids 115: 10660. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.106601

Chen M, Falourd X and Lahaye M. 2021. Sequential natural deep eutectic solvent pretreatments of apple pomace: A novel way to promote water extraction of pectin and to tailor its main structural domains. Carbohydrate Polymers 266: 118113. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.118113

Chen M, Mac-Bear J, Ropartz D and Lahaye M. 2022a. Biorefinery of apple pomace: New insights into xyloglucan building blocks. Carbohydr Polym 290: 119526. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119526

Chen M, Cathala B and Lahaye M. 2022b. Adsorption of apple xyloglucan on cellulose nanofiber depends on molecular weight, concentration and building blocks. Carbohydrate Polymers 296: 119994. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119994