Production d’acide gluconique, reconnu comme molécule prébiotique, par transformation enzymatique à partir d’hydrolysats d’amidon

Une méthode tout à fait originale a été mise au point dans le but de produire de l’acide gluconique à partir d’hydrolysats d’amidon (gluco-oligosaccharides en liaisons -(1-4)). En effet, dans de nombreuses industries traitant des produits d’origine végétale, l’amidon constitue un co-produit qu’il est intéressant de valoriser. Dans ce contexte, le présent travail présente une voie de valorisation originale des hydrolysats d’amidon.
Cette méthode comporte une première étape qui consiste en l’hydrolyse par voie enzymatique la plus poussée possible des maltooligosaccharides de la fraction amylose dans le but d'obtenir un maximum de glucose. Deux enzymes ont été testées : l’-glucosidase de Bacillus stearothermophilis et l’amyloglucosidase d’Aspergillus niger. Ces dernières ont été testées sur trois différents substrats : le glucose (pour vérifier l’absence d’une activité de transglucosylation dans les conditions de travail), le maltose et un mélange de maltooligosaccharides de DP 1 à 4. Aucune activité de transglucosylation n’est observée. L’-glucosidase hydrolyse le maltose jusqu’à une teneur résiduelle de 44% et les maltooligosaccharides sont clivés suivant des cinétiques proches, de sorte qu’après 5h30 de réaction, il ne reste que 5 à 10 % de ces maltooligosaccharides. L’amyloglucosidase elle hydrolyse très rapidement les DP supérieurs qui forment alors du maltose qui lui limitera fortement la vitesse de réaction.
La deuxième étape consiste en la conversion du glucose libéré en acide gluconique à l’aide d’une glucose oxydase. Les conditions optimales de réaction et l’influence de différents paramètres sur la vitesse et le rendement de la réaction ont été étudiés sur des solutions de glucose. Une régulation du pH s’est avérée indispensable pour rester dans les conditions optimales de l’enzyme et l’utilisation de milieux tamponnés à été préféré à celle d’un pHstat. L’influence de l’ajout d’une quantité d’enzyme plus importante sur la vitesse de réaction a été mise en évidence ainsi que l’importance de l’apport en O2 substrat de la réaction. En effet un débit d’air comprimé de 3L/min, permet un taux de conversion du glucose en acide gluconique de 70 % en seulement 5 h (conversion à 99,9 % en  10h) de réaction au lieu de 30 % après plus de 20 h de réaction en système non aéré. L’agitation s’est également avéré être un paramètre important, celle-ci permettant l’homogénéisation du milieu ainsi qu’une meilleure dispersion de l’O2. Une réaction a ensuite été réalisée dans les conditions optimales mais en l’absence de l’enzyme pour vérifier l’absence d’oxydation résiduelle due à l’apport important d’oxygène. Il en ressort que la réaction a besoin de l’abaissement de sa barrière énergétique par l’enzyme pour avoir lieu. Enfin, la spécificité de l’enzyme a été testée (absence de réactions croisées) sur des sucres de structure proche. Le maltose, cellobiose et les maltooligosaccharides ne sont pas oxydés ou sont oxydés à des vitesses telles que la réaction n’a pas lieu dans nos conditions. Seul le saccharose est oxydé et donne différents acides dont l’acide gluconique.
Enfin, l’acide gluconique peut être purifié de ses impuretés (glucose et maltooligosaccharides résiduels) par rétention sur résine échangeuse d’anions (forme AcO-). Dans un premier temps, la séparation est réalisée avec un passage unique sur résine (100mg de résine par ml de solution). Néanmoins, une large proportion de l’acide gluconique est perdu dans l’éluat et les deux lavages alors qu’à peine 0,2% de glucose sont retrouvés au niveau de la fraction d’élution de la résine au HCl. Lors d’une seconde purification, l'utilisation d'une plus grande quantité de résine (200 mg/ml) et le passage des éluats sur une seconde résine, pour pallier à la saturation de la première ont permis de réduire à 17 % (de la masse de départ) l’acide gluconique retrouvé dans l’éluat final et à nouveau d’obtenir une fraction AG très pauvre en glucose (0,022%).