105 - Légumes de mer et aliments santé : les grandes algues marines de l'Atlantique Nord comme source d'innovation

Les composés phénoliques constituent une large famille de métabolites secondaires, caractérisés par une diversité immense de structures chimiques comprenant toutes un noyau aromatique portant un ou plusieurs groupements hydroxyles. Ces molécules peuvent être simples (comme le phloroglucinol ou les acides phénoliques) ou polymérisés formant ainsi des polyphénols (comme les phlorotannins des macroalgues brunes et les flavonoïdes des végétaux supérieurs). La présente communication propose une présentation des différents types de polyphénols rencontrés chez les macroalgues et les plantes halophiles du littoral français. Les techniques d'extraction et de purification permettant l'obtention de polyphénols actifs (antioxydants, photoprotecteurs, antimicrobiens, etc…) sont exposées à travers diverses expérimentations menées au laboratoire sur les végétaux marins. L'identification structurale de quelques molécules, à l'aide d'analyses de résonance magnétique nucléaire 2D et de spectrométrie de masse, est également présentée. Enfin, les voies de valorisation de ces actifs marins antioxydants, mais également antimicrobiens, sont abordées, démontrant le potentiel de ces composés pour divers secteurs industriels.

Le Québec possède une ressource naturelle importante au niveau des algues marines comestibles qui est inexploitée et il s'agit d'un potentiel commercial pour les aquaculteurs. Afin de favoriser l'essor de l'industrie, il est nécessaire d'explorer des voies de valorisation qui intéresseront différents secteurs de l'agroalimentaire. Les objectifs du projet de recherche visaient la caractérisation de la qualité nutritionnelle de deux espèces de macroalgues, soit S. longicruris et A. esculenta, leur innocuité, leur profil d'un point de vue sensoriel et la valorisation des algues sous forme d'applications alimentaires. Plusieurs méthodes de conservation ont été mises à l'essai pour des fins de transport, d'entreposage et de commercialisation des algues. Des tests d'évaluation sensorielle ont été soumis auprès d'un groupe de 24 consommateurs pour valider l'intérêt général et évaluer les chances de succès des applications alimentaires développées. Les propriétés nutritionnelles des algues étudiées sont généralement comparables à celles des légumes, mais sont plus riches en fibre et en polysaccharides, comme les alginates ou les fucoïdanes. Cependant, leur consommation doit être limitée pour les personnes souffrant de problèmes de santé liés à la consommation de sodium et d'iode. Malgré le peu de connaissance sur les algues comestibles, les consommateurs montrent un intérêt particulier aux algues de par leur qualité nutritionnelle et leur provenance de la région du Québec. 

Mondialement, les molécules végétales marines sont au cœur d'une révolution scientifique et économique intégrant les principes de la chimie bleue. Celle-ci consiste à transposer les concepts de la chimie verte à l'extraction de molécules d'intérêt d'origine marine. Les algues ont un rôle majeur à jouer dans ce nouveau paradigme puisque plusieurs molécules d'origine algales figurent déjà sur la liste d'ingrédients de produits alimentaires, cosmétiques et pharmaceutiques. En Amérique du Nord, les algues représentent une ressource marine abondante et sous-exploitée. Toutefois, depuis quelques années, le Québec se positionne comme un joueur d'importance dans ce secteur tant au niveau industriel (15 entreprises impliquées dans la pêche/ transformation d'algues macroscopiques) qu'au niveau de la R&D (projets de culture et de valorisation de Saccharina Longicruris). Afin d'élargir la gamme des produits et des marchés accessibles à cette industrie émergente, MERINOV et OLEOTEK, deux CCTT, ont uni leurs champs de compétences depuis 2010 dans plusieurs projets visant 1) à extraire des molécules d'intérêt (lipides, sucres, caroténoïdes, antioxydants, etc) de laminaires sauvages et cultivées du golfe du Saint-Laurent et 2) de proposer de nouvelles voies de valorisation des résidus algaux d'extraction. Cette conférence présentera un résumé des principaux résultats obtenus depuis 2010 en plus de faire un état des lieux des derniers avancements dans le domaine des extractibles algaux.

Les algues brunes contiennent plusieurs molécules d'intérêt notamment des polysaccharides (~50% de l'algue) tels le fucoïdane et le laminarane. Ces derniers ont montré chez d'autres espèces des activités anticoagulante, antivirale et anti-tumorale. Des fractions purifiées des espèces du Québec ont été produites et leur bioactivité étudiée par des approches in vitro ont été réalisées. Les fractions de fucoïdane d'Ascophyllum nodosum et de Fucus vesiculosus inhibaient l'activité d'enzymes  impliquées dans la digestion de l'amidon. Des caractéristiques structurales tel un taux de sulfatation élevé (20%) et un poids moléculaire intermédiaire (~630 kDa) ont été associées à l'inhibition simultanée des deux enzymes (IC₅₀ 0.013 et 0.47 mg/mL pour β-glucosidase et α-amylase). Ainsi, le fucoïdane permettrait de diminuer le taux d'absorption de sucre dans le sang (glycémie) en interférant avec la digestion de l'amidon, principale source alimentaire de glucose. D'autre part, le galactofucoïdane et le laminarane de Saccharina longicruris ont permis d'augmenter la sécrétion de collagène par les fibroblastes, et pourrait donc être potentiellement être utilisé pour accélérer le processus de production de tissus et faciliter la reconstruction de peau par une nouvelle méthode de génie tissulaire. Le laminarane a permis d'augmenter le dépôt de collagène et l'épaisseur des dermes obtenus, ouvrant des perspectives d'utilisation en génie tissulaire et dans des crèmes cosmétiques.

La formation d'un biofilm bactérien est un phénomène commun à la majorité des matériaux en présence d'humidité et de microorganismes. Si ces biofilms peuvent avoir un avantage certain dans le traitement des eaux usées, ils sont le plus souvent une source de préoccupation pour la santé humaine principalement au niveau de la propagation de microorganismes indésirables pouvant causer des infections. L'objectif de cette étude est d'utiliser des peptides antimicrobiens issus de la macroalgue Saccharina longicruris dans le contrôle de la formation du biofilm bactérien de Staphylococcus aureus. Pour ce faire, les biofilms bactériens ont été formés sur des filtres pendant 24 heures à 30°C dans le milieu de culture LB contenant au départ 10⁶ bactéries.mL^-1 en présence et en absence de peptides à une concentration de 600 mg.L^-1. Les biofilms ainsi obtenus ont été analysés par microscopie confocale à balayage laser après un double marquage pour déterminer le pourcentage de cellules bactériennes vivantes et mortes. Les résultats obtenus ont démontré qu'il n'y avait pas de différence avec l'épaisseur du biofilm, mais dans l'architecture des biofilms. Le contrôle démontre un tapis bactérien uniforme avec 77% de cellules bactériennes vivantes comparativement à des microcolonies dispersées avec 49% de cellules vivantes pour le biofilm contenant les peptides. Ces résultats ouvrent des opportunités dans la valorisation de la biomasse marine dans la lutte contre les biofilms nuisibles.

Différents lots de l'algue rouge Palmaria palmata ont été étudiés afin de mesurer leur activité biologique. Les objectifs de ce projet étaient de déterminer si l'hydrolyse enzymatique, la concentration de l'hydrolysat, la source de l'algue, la culture et l'ajout de nutriments à la culture de l'algue augmentaient l'activité biologique des différents hydrolysats protéiques de Palmaria palmata. À partir des poudres d'algues, les protéines solubles ont été extraites et ont subi une hydrolyse enzymatique. Des fractions peptidiques ont été obtenues à la suite d'une filtration sur membranes (< 10kDa et > 10kDa). Suite aux différents tests antioxydants (DPPH, ORAC, FRAP) et inhibiteurs de l'enzyme de conversion de l'angiotensine (ACE), il a été démontré que l'hydrolyse enzymatique permettait de produire des molécules biologiquement actives. Les fractions ayant démontré les valeurs d'activité les plus élevées sont les fractions hydrolysées < 10kDa. Les tests DPPH, FRAP, ORAC et ACE ont montré que l'activité augmentait avec la concentration. De plus, la source du lot d'algues fait une différence dans l'activité biologique. Le lot de Pabos possède plus d'activité que le lot de Newport. La culture a également un effet par rapport à la récolte. En effet, les lots d'algues cultivés de Newport ont obtenu de meilleures activités biologiques que le lot sauvage de Newport. Quant à l'apport de nutriments à la culture, il a permis d'augmenter l'activité biologique des fractions protéiques.

La recherche de produits naturels bioactifs est un domaine en grande expansion du fait du besoin grandissant en molécules, à priori, non toxiques et non polluantes mais avec des activités
biologiques confirmées et exploitables.

Les macroalgues, étant des organismes sessiles, ne sont pas dotés d'un moyen de défense mécanique contre l'herbivorisme, l'épiphytisme ou la lutte pour l'espace, et élaborent de ce fait des moyens de défense chimique. Avec, plusieurs milliers d'espèces de par le monde, comportant une grande diversité de mode de vie, de biologie, de physiologie et de voies métaboliques, les macroalgues, représentent un réservoir important de molécules originales et avec un grand éventail d'utilisation : en pharmaceutique, cosmétique, alimentation, agriculture, peinture antifouling,...

En Tunisie, plus de 400 espèces sont répertoriées sur nos côtes. L'étude des activités biologiques des macroalgues et l'extraction de composés actifs sont une voie de recherche en expansion. Les résultats de nos études sur les substances pouvant être utilisées en santé humaine, en nutraceutique ou pour les peintures antifouling, montrent que les macroalgues des côtes tunisiennes peuvent être source de composés bioactifs intéressants et qu'il est important de valoriser cette matière première. Nous présentons ici l'état des recherches ainsi que les développements possibles des biomolécules issues des macroalgues dans différents domaines.

Dans les systèmes en recirculation intensive, le maintien de la qualité de l'eau passe par le contrôle des concentrations de nitrate et de phosphate. Des concentrations de nitrate élevées sont toxiques pour les organismes aquatiques tandis que l'accumulation de phosphate favorise la prolifération des microalgues. Dans les bassins de l'écosystème marin du Biodôme de Montréal, un biofiltre dénitrateur sur soufre est utilisé pour contrôler les concentrations de nitrate. Ce système possède cependant plusieurs inconvénients qui justifient la recherche d'une alternative. Certaines algues marines foliacées à croissance rapide sont reconnues pour leur capacité à absorber et à stocker les nutriments du milieu. L'objectif du projet est de mettre au point un prototype de biofiltre à macroalgues, efficace en termes d'enlèvement des nitrates et des phosphates, et adapté aux paramètres physico-chimiques de l'écosystème marin du Biodôme de Montréal. Pour ce faire, les performances de deux espèces d'algues indigènes, Ulva lactuca et Palmaria palmata, ont été évaluées à deux températures (9°C et 13°C) et à trois combinaisons de concentrations de nutriments (ratio N-NO₃ : P-PO₄ de 40:4, 50:6 et 60:8 mg/L). Lors d'une expérience préliminaire, une baisse moyenne de 23% et de 22% des concentrations en nitrate et phosphate a été mesurée dans les bassins de culture mais des variations ont aussi été observées dans les bassins témoins. Une seconde phase de tests est prévue durant l'hiver 2015.

Les algues marines présentent un intérêt nutritionnel connu et exploité depuis l'aube de l'humanité par les populations du Sud-est asiatique. La valeur nutritionnelle des algues s'expliquent en partie par la présence conjointe de 3 grandes catégories de composants : fibres, protéines et minéraux. Plus récemment de nombreuses études épidémiologiques et cliniques ont montré qu'il existait des relations étroites entre la consommation d'algues marines ou d'extraits d'algues et la prévention de certaines pathologies. Les effets bénéfiques des algues seraient dus à la présence de biomolécules dont certaines seraient issues des métabolismes originaux et parfois méconnus présents chez ces végétaux marins. La présente communication illustre l'utilisation de quelques molécules potentiellement actives dans l'arsenal thérapeutique anti-tumoral et de l'immunothérapie.

Les laminaires sont des végétaux marins d'eau froide à croissance rapide. Elles sont cultivées à grande échelle pour le marché alimentaire. L'empreinte environnementale associée aux activités d'algoculture sur fermes marines est faible d'autant que ces algues absorbent et séquestrent efficacement dans leurs tissus le CO₂, l'azote et le phosphore dissous tout en produisant de l'oxygène. L'empreinte environnementale associée à la production alimentaire étant une préoccupation sociale grandissante, le développement d'incitatifs pour récompenser l'adoption de bonnes pratiques environnementales est fréquemment utilisé dans le milieu agricole. La mise en place de politiques incitatives adaptées au contexte de l'aquaculture pourrait favoriser l'adoption de pratiques comme l'algoculture. La capacité de séquestration des algues cultivées à grande échelle est de plus en plus considérée comme faisant partie des réponses possibles à des problématiques globales, comme l'acidification des océans ou à des problématiques plus locales, comme  l'eutrophisation des zones côtières. Toutefois, pour être en mesure de développer un incitatif financier associé à l'algoculture, la séquestration du CO₂ et des nutriments dissous doit d'abord être quantifiée pour différents modèles de production et de valorisation de la biomasse algale dans le contexte du Québec. C'est seulement au terme de ce travail que les politiques incitatives permettant de valoriser ces services écologiques pourront être explorées.

OPTIMAL est un programme de recherche qui a démarré en mars 2014 et qui vise à accompagner le développement d'une filière intégrée pour une exploitation industrielle des algues de culture. Le programme, coordonné par le Cégep de la Gaspésie et des îles, le Cégep de Thetford ainsi que leur CCTT respectifs, s'articule selon trois axes : l'amélioration de la productivité de l'algoculture, le développement de produits à haute valeur ajoutée et la valorisation des résidus de transformation des algues en coproduits dans une optique zéro déchet. Les activités de l'axe 1 ont débuté au cours de l'été 2014. Des plantules de laminaires sucrées (Saccharina latissima) ont été produites dans une écloserie commerciale et transférées sur différents dispositifs de culture dans des fermes maricoles en Côte-Nord, aux Îles-de-la-Madeleine et en Gaspésie. Différentes périodes d'échantillonnage sont prévues au printemps et au début de l'été 2015 pour déterminer le rendement de chaque site et comparer différentes stratégies de récolte. Les algues serviront ensuite à développer des méthodes de conservation, des applications alimentaires et des procédés d'extraction de molécules à haute valeur ajoutée. Pendant l'hiver 2015, les activités de recherche liées à l'axe 3 ont permis de sélectionner et de mettre au point les méthodes analytiques qui seront utilisées pour la caractérisation nutritionnelle des coproduits issus de la transformation et de l'extraction d'ingrédients actifs de laminaires.

Suite aux difficultés connues par l'ostréiculture Bas-Normande causées par les surmortalités de naissains d'huîtres ces dernières années, le projet NORMAND'ALG vise à cultiver des algues au sein des parcs à huîtres et ainsi à développer la polyculture au sein des concessions conchylicoles. Ce projet doit permettre de démontrer la faisabilité de la culture d'espèces algales locales sur des zones conchylicoles et d'initier la création d'une nouvelle filière de production aquacole en Basse-Normandie pour les conchyliculteurs afin de produire des biomasses algales valorisables permettant ainsi de préserver les ressources naturelles. L'algue rouge alimentaire du genre Porphyra, appelée communément Nori et utilisée pour la fabrication de makis et sushis est présente sur les côtes Bas-Normandes sous l'espèce Porphyra dïoca. Le développement de la culture de cette algue nécessite la maîtrise de son cycle de vie complexe alternant une phase macroscopique et une phase microscopique filamenteuse dite Conchocelis. Après l'étape de sporulation à partir de thalles fertiles, la culture de Conchocelis en free living a été mise au point. La multiplication végétative des filaments sous conditions contrôlées permet d'obtenir de la biomasse algale et ainsi une souche pouvant être conservée dans le temps. La détermination des paramètres de maturation de la souche de Conchocelis est nécessaire à l'obtention des conchospores qui germeront en plantules.

Dans le cadre de la recherche d'alternatives d'origines naturelles aux substances organostanniques présentes dans les revêtements antifouling et interdites depuis 2008 en raison de leur toxicité, les propriétés antifouling de l'algue brune Taonia atomari ont été étudiées. L'extrait organique de l'algue réalisé au dichlorométhane a été testé dans un premier temps au laboratoire sur des microrganismes marins pour déterminer l'activité algicide et antibactérienne. Les résultats du test algicide sur la diatomée foulante Navicula sp. montre une inhibition significative (>70%) à une concentration de 300μg/ml. De plus l'analyse de l'activité antibactérienne sur différentes souches révèle la présence de substance(s) active(s). Dans un second temps l'activité antifouling a été testée in situ. L'extrait d'algue a été incorporé à du vernis marin, peint sur des plaques en acier et immergé au niveau de deux sites en mer et ce afin d'évaluer l'activité en milieu naturel. Au bout de 48h d'immersion une nette activité antibactérienne a été observée au niveau du prélèvement du biofilm formé sur les plaques enduites d'extrait. Cette activité n'est plus obtenue après une semaine d'immersion. L'expérience in situ a été réalisée sur 28 jours et l'évolution du macrofouling a été observée de façon hebdomadaire. Les résultats obtenus sont encourageants et viennent conforter la possibilité d'utilisation des substances naturelles algales pour lutter contre le fouling en milieu marin.

La principale espèce d'algue cultivée dans l'Atlantique nord est Saccharina latissima, une espèce de laminaire à croissance hivernale. Le lacet de mer (Chorda filum), une algue brune estivale pourrait constituer une voie de diversification intéressante puisque sa saison de croissance est complémentaire de celle de S. latissima. Il tolère des températures élevées et apprécie les milieux abrités. Sa vitesse de croissance peut atteindre 17 cm par mois en été et les rendements de culture pourraient atteindre 10 kg humides/m. Ces caractéristiques en font un candidat idéal pour la culture en lagunes aux Îles-de-la-Madeleine où il pousse déjà à l'état naturel. L'objectif général du projet est de développer la maîtrise des étapes de culture de C. filum, soit la multiplication des gamétophytes in vitro, la préculture des sporophytes en écloserie et le transfert des plantules sur une ferme marine, en lagune.  Le projet vise aussi à déterminer la composition nutritionnelle et les qualités organoleptiques de cette algue, afin de pouvoir identifier les marchés accessibles pour ce produit. C. filum, qui est consommée comme légume de mer, est également une source de fucoidanes et d'alginates; des polysaccharides qui possèdent des propriétés anti-inflammatoires et qui sont utilisés comme suppléments nutritionnels. Les travaux ont débuté en janvier 2015 et des résultats préliminaires sont disponibles sur la culture des gamétophytes in vitro et sur la croissance des plantules en bassin.