Fucus sp. Récolte pour l’agriculture (bétail, amendements), la cosmétologie et les alginates Avis favorable pour l’alimentation humaine Riche en alginates.

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1 Fucus sp. Récolte pour l’agriculture (bétail, amendements), la cosmétologie et les alginates Avis favorable pour l’alimentation humaine Riche en alginates (coupe-faim) Riches en vitamines C, B3 Riche en Minéraux : Fe, Zn Inscrites dans la pharmacopée Laminaria sp. Autrefois récoltées pour la soude et l’iode Laminaria saccharina Laminaria digitata Kombu royal Riche en minéraux : I, Ca, K, Na Kombu Breton La plus récoltée pour les alginates Riche en minéraux (22%) : Ca, Mg, I, K, Na Vitamines A, B1, B2, B12

2 Macro et microscopiques (<2m) Normalement rouges (marron, jaunes)
Algues rouges Macro et microscopiques (<2m) Normalement rouges (marron, jaunes) Marine et eau douce 5000 espèces Pigments : Chlorophylle a c, caroténoïdes, phycobilines : phycoérythrine (rouge) phycocyanine (bleue) Stockage: amidon floridéen Palmaria palmata « Dulse » Avis favorable pour l’alimentation humaine Saveur douce, texture très tendre Crue en salade ou pour accompagner des fruits de mer, séchée, en poudre Naturelle ou cultivée Riche en protéines (20 à 35 %) Riche en Vitamine A (= 50% carottes), C (= 75% oranges), E Riche en minéraux : Ca (teneur 20 fois plus élevée que le lait), Mg, P, Fe, I (1g couvre les besoins journaliers d’un adulte)

3 Mastocarpus stellatus Chondrus crispus
Extraction des carraghénanes Récolte manuelle « Pioka », « lichen », « mousse d’Irlande », « petit goémon » Avis favorable pour l’alimentation humaine Riche en oligoéléments Riche en Vitamines A, C, E, B Porphyra sp. « Nori » en japonais La plus consommée dans le monde car c’est la base des sushi Crue, cuite, séchée Avis favorable pour l’alimentation humaine Riche en protéines (30 à 47 %), contient tous les acides aminés essentiels Riche en minéraux : P, Fe Vitamines A, C, B12 Acides gras essentiels Récolte manuelle en Europe, culture sur cordes en Asie

4 Méthodes de production/récolte des macroalgues
Europe et USA : récolte dans les populations naturelles Europe du Nord : algues brunes Europe du Sud : algues rouges -Bretagne : situation intermédiaire Asie et Amérique latine: aquaculture

5 Evolution de la production mondiale d’algues fraîches
de 1991 à 2000 (103t) Algues vertes minoritaires

6 Production d’algues fraîches pour l’année 2001
-Prépondérance des pays asiatiques et du Chili -Différence aquaculture/cueillette selon les pays et continents

7 Historique de l’utilisation des algues en Bretagne
Antiquité : Utilisation des algues pour l’amendement des terres XVIième siécle: Bernard Palissy mentionne des herbes salées servant à la fabrication du verre XVIIième siècle: les paysans bretons fabriquent des galettes combustibles (glaouad) faites de bouse de vache et de goémon malaxé. Les verriers normands achètent des cendres d’algues pour la fabrication du verre ordinaire 1681: Ordonnances de Colbert règlementant la récolte du varech et du goémon 1692 : Louis XIV accorde à la compagnie de Saint-Gobain l’exclusivité de la cueillette du goémon pour en recueillir les cendres et les transporter à Paris 1731: Louis XV limite la coupe du goémon à 30 jours pour limiter le frai des poissons (disposition revue en 1739 car besoins en soude croissant) 1811: En voulant utiliser les cendres de goémon pour en extraire du salpêtre, Bernard Courtois découvre l’iode 1829: Première usine d’iode en France Fin XIXième siècle: Approvisionnement en goémon séché des grandes régions légumières Début XXième siècle: Une trentaine d’usine d’iode. A partir de 1930, utilisation des algues pour l’extraction de gélifiants et d’épaississants, puis en 1950, développement des cultures à vocation alimentaire. 1983: Première récolte d’algues à destination alimentaire (Wakamé)

8 Asie Afrique et Amérique latine: aquaculture
-Nécessité de contrôler les cycles de vie (reproduction) des macroalgues pour en faire de l’aquaculture, pour éviter les problèmes liés à la reproduction naturelle (qui peuvent entraîner l’absence de récolte)  Lien entre la recherche fondamentale et appliquée -2 types de culture: -Culture végétative: des fragments de l’algue (propagules) sont placés dans un environnement favorable pour la croissance, et le cycle est continu. C’est le cas pour les algues rouges -Culture impliquant un cycle de reproduction: alternance de génération, par exemple pour les algues brunes cultivées. Nécessité de passer par le cycle sexuel pour produire du sporophyte -Paramètres importants à considérer pour l’aquaculture des macroalgues: Salinité de l’eau, quantité de nutriments, mouvements de l’eau, température de l’eau et intensité lumineuse

9 Des techniques différentes sont aussi utilisées pour les algues carraghénophytiques
FIXED, OFF- BOTTOM MONOLINE METHOD -Méthode utilisée dans les eaux peu profondes (0,5-3 m) -Les pieux en bois sont espacés de 10 m pour une même ligne, et d’1 m entre les rangs -Les monofilaments de nylon sont attachés au pieux à une distance de 0,2-0,3 m du fond -Les morceaux d’algues ( g) sont attachés aux lignes à cm d’intervalle à l’aide d’une attache en plastique appelée tie-tie (paille en plastique) RAFT OR LONG-LINE METHOD -Méthode utilisée dans les eaux profondes calmes -Lignes attachées à un cadre en bois (3X4m) et le bambou sert de dispositif de flottaison -Plusieurs radeaux peuvent être associés pour former une unité -Chaque unité est ancrée sur le fond par les coins de chaque unité grâce à des pieux en bois boutures peuvent être attachées à un seul radeau -

10 Les cultures d’algues et les maladies associées
- Ice Ice disease: facteurs physiques + bactéries -Affecte les algues rouges carraghénophytes Kappaphycus alvarezii and Eucheuma denticulatum -La maladie est causée par une diminution de la salinité, des variations de la température de l’eau et d’intensité lumineuse.  Ceci va stresser les algues, qui vont alors produire des molécules qui attirent les bactéries, et induit le blanchiment et une dureté des branches d’algue - Red wasting disease = red rot disease (Akagusare), : Pythium affectant Porphyra - Green spot disease: Vibrio et Pseudomonas, bactéries qui produisent des enzymes hydrolytiques qui vont dégrader la paroi des algues - Epiphytisme et endophytisme (- Broutage = grazers)

11 Comment sont commercialisées les algues ?
Ou trouver les algues ? Comment sont commercialisées les algues ? -La plupart des algues alimentaires sont commercialisés desséchées Ceci pour maintenir leur saveur et leur richesse en vitamines -Le mieux est d’utiliser seulement des algues fraîches conservées dans le sel de marin Possibilité de garder au frais pendant 6 mois -Algues vendues sous forme de gélules, de paillettes = compléments alimentaires -dans les épiceries asiatiques : algues déshydratées, précuites ou en conserves -dans certaines grandes surfaces, bocaux ou préparations à base d’algues (pâtes, soupes) -Il faut éviter de les ramasser sur les plages : contamination métaux lourds, hydrocarbures

12 Alimentation animale -En général, les algues sont incorporées aux farines alimentaires -Composés algaux utilisés pour: -stimuler l’immunité naturelle des animaux (en remplacement des antibiotiques) -durcir les coquilles d’œufs des volailles (apport en calcium) -pour améliorer la qualité du pelage      

13 Autres applications des macroalgues marines:
Les phycocolloïdes pariétaux  Les phycocolloïdes : colloïdes issus des algues, un colloïde étant une substance composée de micro-particules dispersées dans un liquide. On parle d’hydrocolloïdes car ces biopolymères sont solubles dans l’eau lorsqu’ils sont hydratés. - agars, carraghénanes = galactanes ± sulfatés - alginates

14 Les additifs alimentaires
Additif alimentaire: Substance ajoutée intentionnellement aux denrées alimentaires pour remplir certaines fonctions technologiques Liste positive émise par la communauté européenne : Nécessité technologique Ne pas tromper le consommateur Sans danger pour le consommateur 5 grandes catégories : E : colorants alimentaires E : conservateurs E : anti-oxygène E : agents de texture : gélifiants, épaississants, émulsifiants, stabilisants E : édulcorants, acidifiants, exhausteurs de goût, arômes Naturels, semi-naturels ou synthétiques

15 Additifs alimentaires au base d’algues approuvés par l'UE
E 400 Acide alginique E 401 Alginate de sodium E 402 Alginate de potassium E 403 Alginate d'ammonium E 404 Alginate de calcium E 405 Alginate de propane-1,2-diol E 406 Agar-agar E 407 Carraghénanes E407a Algues Euchema transformées Algues brunes Algues rouges

16 Les agars Polysaccharides pariétaux des algues rouges agarophytes
Gracilaires : nombreux genres selon les régions Gracilaria sp. Gelidium serrulatum Qualité des agars variable: - selon les espèces - selon la saison

17 Récolte de Gracilaires (Asie du Sud-Est)
Exploitation Gracilaria (Amérique du Sud, Afrique, Asie) tPS Gelidium (Maroc, Espagne, Portugal) tPS Récolte de Gracilaires (Asie du Sud-Est) Séchage de Gelidium

18 Les agars : applications
90 % en alimentaire : E406 : gélifiant Inodore, incolore, sans saveur Produits laitiers : flans Pâtisseries : glaçages, nappages Confiserie : bonbons Produits à tartiner : substitution des pectines pour réduire le taux de sucre Produits carnés : substitution de la matière grasse Gélifiants mais aussi intérêt diététique : faible apport calorique (0.6 kcal/g) 10 % en biotechnologie : agar bactériologique Milieu de culture bactériologique par excellence

19 Autres applications des agars

20 Les carraghénanes -Polysaccharides pariétaux des algues rouges carraghénophytes -Variables selon les espèces, selon le stade de développement de l’algue En Asie et en Afrique Kappaphycus alvarezii Fermes de cultures Problèmes de maladies En Europe et au Canada Chondrus crispus Populations naturelles ou cultures 50000 tonnes d’algues récoltées par an au Canada

21 Utilisations actuelles
Composé Effet Application k-carraghénane gélifiant Lait chocolaté Glaces et crèmes dessert Conserve de viande Nourriture pour animaux Gels désodorisants d’atmosphère Immobilisation d’enzymes Cultures in vitro i-carraghénane gélifiant Desserts Sauces Glaces et crèmes glacées cosmétiques l-carraghénane épaississant Desserts Sauces Dentifrice cosmétique E 406 Agar-agar E 407 Carraghénanes E 407a Algues Euchema transformées

22 Autres applications des carraghénanes

23 Polysaccharides pariétaux des algues brunes
Les alginates Polysaccharides pariétaux des algues brunes - Les premières expériences scientifiques sur l’extraction des alginates à partir d’algues brunes ont été réalisées par le chimiste anglais E. C. Stanford à la fin du 19ième siècle. - Début de la production industrielle d’alginates aux USA dans les années 1930. l’alginate est un des biopolymères les plus « polyvalents » et est utilisé dans l’agro-alimentaire et l’industrie pharmaceutique/domaine médical car il possède de nombreuses propriétés: épaississant, stabilisant, gélifiant, formation de biofilm.

24 Espèces récoltées pour l’extraction d’alginate
Algues brunes trouvées sur les côtes rocheuses - Atlantique Nord: récolte aux USA, au Canada, en France, en Angleterre et en Norvège Europe et USA : récolte dans les populations naturelles - Pacifique: Chine, Japon, Amérique du Sud algues cultivées  aquaculture

25 Variation de la composition en alginates
La composition en alginate dépend: - de l’espèce d’algue brune de la nature des tissus: - pied: quantité élevée de blocs G - lame: quantité élevée de blocs M - de l’âge des tissus de la zone de croissance des lieux de récolte (M/G plus petit dans les modes battus) - de la saison M/G variable selon les espèces récoltées :

26 Les alginates : applications en agro-alimentaires
- Agents de texture polyvalents - Épaississants (contrôle de la viscosité) - Gélifiants - Stabilisants (notamment par rapport à la chaleur) - Réducteurs de cristaux (produits surgelés) - Protecteurs (films alimentaires) - Différents gels selon les sels Gels calciques Durs, thermostables, insolubles Peu coûteux, non toxiques Gels acides souples Instables à la chaleur Substituts potentiels de la gélatine (concentration inférieure)

27 Les alginates : applications en industrie agro-alimentaire
 Glaces, crèmes glacées, sorbets: - contrôle de la formation de cristaux (au moment de la congélation) - révélateur de goûts - texture fine, onctueuse et unie  bonne sensation en bouche  Nappage pâtissier: gelée de fruits  tartes et tartelettes aux fruits Entremets et desserts: fromages frais, crèmes fouettées, mousses parfumées, crèmes pâtissières, gâteaux de riz, …  Stabilisateurs des émulsions de type huile-eau: assaisonnements et sauces (ketchup, mayonnaise, vinaigrette, …)  Produits restructurés: à base de fruits, légumes, viandes et poisson (facile à manipuler  mise en forme du produit final) divers: - clarification des huiles, du vin, du vinaigre, de la bière - lubrification des boyaux de charcuterie - enrobage du poisson congelé - stabilisation de produits liquides (jus de fruits, lait, …)  Nourriture pour animaux (pour donner la forme des croquettes)

28 Les alginates : autres applications industrielles
Textile: - inertes par rapports aux colorants et aux fibres - pour l’impression: fixation des colorants et contrôle de leur migration (Mais problème de la crise du textile en France) Papier: traitement de surface des papiers (coloration, glaçage, couchage des papiers de luxe); colles pour papiers peints  Traitements des eaux de surface: élimination des matières en suspension (coloration, turbidité) Enrobage des bâtons de soudure (protection du fil de métal contre l’oxydation) Autres: incorporation dans le latex, les peintures, les plâtres de moulure, les céramiques, les colles, les résines, les mines de crayon, certains produits horticoles, certaines bombes aérosols…

29 Les alginates : applications en cosmétique, pharmacie, médecine
Pharmacie/Cosmétique: masques (soins du visage), pâtes dentifrices, sirops, lotions, pommades (traitement brûlures et blessures), compresses, pansements gastriques, empreintes dentaires, coupe-faim, absorbants pour les couches de bébés Substances anticoagulates (fucoϊdine, laminarine) Médecine: biomatériaux, implants immuno-isolés, drug delivery system

30 Quelques arguments publicitaires concernant les propriétés cosmétiques…
-Visage: rôle anti-âge Masque aux algues : freiner la perte de collagène et prévenir le vieillissement cutané Hydratation de la peau, revitalisation de l’épiderme, repose les traits -Silhouette: effet amincissent Peau douce et ferme Propriétés drainantes et raffermissantes Ex.: algues brunes (protéines, iode) : dynamisent le métabolisme cellulaire et activent la combustion des graisses -Epiderme: fonction hydratante Les algues contiennent des molécules qui leur permettent de lutter contre la dessiccation et les changements de température -Cheveux : action régénératrice Renforcent la kératine des cheveux car très concentrées en calcium Redonnent vigueur et éclat aux chevelures fragiles terne et fatiguées (vitamines, oligo-éléments) -Forme: pouvoir relaxant

31 Applications en cosmétique de composants issus des algues
Composants des algues Résultats Utilisation cosmétologique Acides aminés -Reconstituants des tissus -Apport nutritif et énergétique -En masque, ils ont une remarquable action due aux mucilages marins -Utilisation à froid ou à chaud en masques ou en enveloppements revitalisants Sels minéraux -Action sur la vitalité des cellules -Reminéralisant et réhydratent les peaux sèches et sensibles -Régularisent l’excès de sébum des peaux grasses. Action incomparable sur l’acné Oligo-éléments -Favorisent la vitesse des réactions biologiques La peau devient plus lisse, plus souple et acquiert un éclat nouveau. Leur action est remarquable sur les rides et le vieillissement prématuré Vitamines -Permettent de combler les carences par substances bactéricides et antibiotiques Régénération cellulaire

32 -La « cosmétofood »: A mi-chemin entre cosmétique et alimentaire, la cosmétofood (ou «nutraceutique) a fait une percée sur le créneau de aliments santé. Ce sont ces compléments alimentaires (riches en vitamines, minéraux anti-oxydants, protéines…) parmi lesquels on trouve les extraits naturels d’algues : une quinzaine de variétés sont utilisées dans les produits alimentaires (voir plus bas).  NUTRICAMENTS -L’algothérapie: l'application d'algues chaudes sous forme d'applications locales, de cataplasmes et de bains (thalassothérapie ). Comme les algues sont très hydratantes, elles améliorent le passage des oligo-éléments à travers la peau. Les algues utilisées, fucus et laminaires, sont d'abord récoltées au fond de la mer puis broyées finement. Enfin, elles sont chauffées, mais jamais au-dessus de 50°C, car elles perdraient alors toutes leurs propriétés. L'application consiste à étaler sur le corps cette "crème" en fine couche; la relaxation est immédiate ! L'algothérapie est conseillée pour les problèmes épidermiques, les rhumatismes, pour lutter contre la fatigue et le vieillissement (sous forme de masque facial par exemple).

33 3- La matrice d’alginate de calcium contient du principe actif qui sera libéré petit à petit
2- Couche intermédiaire pour assurer la liaison entre les 2 couches 1- Le CaP favorise la croissance osseuse : déposé par électrodéposition

34 Tissu cartilagineux (chondrocytes) en croissance obtenu en présence de système permettant la diffusion (alginates) de molécules actives (ici, le RGD) Chondrocytes = cellules du tissu cartilagineux, sphériques, sans prolongement cytoplasmique RGD = séquence d’adhésion cellulaire (suite de résidus arginine-glycine-acide aspartique) Chondrocytes + alginate Modification du poids de l’implant Chondrocytes + alginate-RGD Chondrocytes + alginate Chondrocytes + alginate-RGD  Alginates = permet la diffusion de molécules actives, et donc favorise indirectement la croissance du tissu cartilagineux Alsberg, Eben et al. (2002) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99,

35 = Encapsulation des îlots de Langerhans pour le traitement du diabète
* *Structures irrégulières grises ou jaunâtres situées dans le tissu pancréatique et sécrétant l'insuline. * : Encapsulation de liposomes Vésicules sphériques dont le centre est occupé par une cavité aqueuse, et dont l'enveloppe est constituée par un nombre variable de feuillets biomoléculaires à base de phospholipides. Les liposomes ont été proposés comme vecteurs intracellulaires de médicaments.

36  Applications à des molécules pharmaceutiques  Exemples…

37 La filière algue en Bretagne
1. La recherche fondamentale et appliquée 1.1 Recherche fondamentale: -Différentes équipes travaillent sur ce thème à la Station biologique du CNRS à Roscoff -Institut universitaire européen de la mer (IUEM) de l'Université de Bretagne occidentale à  Brest -Ifremer (Brest et Nantes) 1.2 Recherche appliquée -Centre d'étude et de valorisation des algues (Ceva): spécialisé dans le transfert de technologie autour des algues (c'est est le seul en Europe ). Il travaille pour des clients français et européens.

38                                2. Des grands industriels aux PME 2.1 La récolte Les quelque tonnes d'algues récoltées chaque année en Bretagne (première zone de production de l'hexagone) sont ramassées par une cinquantaine d'exploitants équipés de goémoniers (bateaux dédié à la récolte).  2.2 Agroalimentaire -Danisco (Landerneau) et Degussa (Lannilis) font figure de poids lourds en Finistère Nord : à partir d'algues laminaires récoltés sur place, ces "alginatiers" produisent des alginates (gélifiants extraits d'algues sous forme de poudre)  utilisés dans l'alimentaire (texturants pour les yaourts, par exemple) ou d'autres secteurs (fabrication de pâte à papier...).  -Une dizaine de PME comme Algues de Bretagne (Rosporden, Finistère), qui commercialise des algues alimentaires ramassées sur les côtes bretonnes, ou Olmix (Bréhan, Morbihan), qui fabrique en particulier pour l'alimentation animale des additifs à base d'extraits d'algues stimulant l'immunité naturelle (pour remplacer les antibiotiques dans l'alimentation animale).

39                                2.3 Cosmétique Le secteur cosmétique compte aussi un nombre important d'entreprises. -Le laboratoire Sciences et mer (Brest) fabrique des poudres d'algues (à partir de laminaires, fucus, chondrus...) pour ses gammes de produits (enveloppement, boues marines, cataplasme) et fournit les centres de thalassothérapie. -Secma technologies marines (Pontrieux, Côtes d'Armor), -Sétalg (L'Armor Pleubian) spécialisée dans la cosmétologie et  l'alimentation -Océalys (Plouzané, Finistère) qui récolte elle-même une trentaine d'espèces d'algues à Molène pour ses cosmétiques marins. 2.4 Santé La Bretagne compte aussi des sociétés qui exploitent les microalgues possédant des propriétés intéressantes pour la santé. La Somaig à l'Ile-Grande (Côtes d'Armor) cherche, par exemple, des molécules anti-cancéreuses. Thalgo Nutrition (qui a mis au point le complément nutritionnel Ménocéane) Codif (qui commercialise la gammes d’ingrédients Phycosaccharides) Laboratoires Le Stum (qui ont lancé le complément nutritionnel Xénosulf).