Cheese whey wastewater-derived Chlorella biomass promotes growth and β-galactosidase activity of Pediococcus sp. isolated from Gundurk

Dans le monde de la production alimentaire, le gaspillage est souvent un sous-produit inévitable, mais pour les scientifiques, il peut être une ressource cachée. L'un de ces produits de déchets est le lactosérum de fromage, le liquide restant après la transformation du lait en fromage. Bien que riche en nutriments comme le sucre et les protéines, ce liquide est difficile à éliminer car il peut épuiser l'oxygène dans les cours d'eau s'il est rejeté non traité. Pour résoudre ce problème, les chercheurs se tournent vers les petits recycleurs de la nature : les microalgues. Ce sont des organismes microscopiques, semblables à des plantes, qui utilisent la lumière du soleil pour croître, mais qui peuvent également se nourrir des nutriments organiques présents dans les flux de déchets. Lorsque ces algues croissent, elles transforment les déchets en une biomasse solide et riche en nutriments. Cette biomasse n'est pas seulement un traitement des déchets ; c'est un ingrédient alimentaire potentiel riche en protéines et en graisses. De l'autre côté de l'équation se trouvent les bactéries lactiques, les ouvrières derrière les aliments fermentés comme le yaourt et la choucroute. Ces bactéries sont essentielles pour la santé humaine et la conservation des aliments, mais elles nécessitent des conditions spécifiques pour prospérer et produire des enzymes bénéfiques. La question qui a motivé cette recherche était de savoir si les algues cultivées sur des déchets pouvaient réellement aider ces bactéries à mieux faire leur travail, créant ainsi un cycle où le déchet devient un outil pour fabriquer des aliments plus sains.

Une équipe de chercheurs de l'Institut de recherche en bioscience et biotechnologie du Népal s'est donné pour mission de tester cette idée en utilisant deux types spécifiques de micro-organismes locaux. Premièrement, ils ont collecté de l'eau d'un étang d'eau douce à Banepa pour trouver une souche sauvage de Chlorella, un type courant de microalgue verte. Ils ont également recueilli des échantillons de Gundurk, un plat de légumes fermentés traditionnels à base de feuilles de moutarde, pour isoler une souche spécifique de bactérie lactique appelée Pediococcus. Les chercheurs ont ensuite créé deux environnements différents pour la croissance des algues. L'un était une solution nutritive standard de laboratoire, et l'autre était un mélange d'eaux usées de lactosérum de fromage et d'eau. Ils ont laissé les algues croître pendant huit jours dans les deux environnements. Les résultats ont montré que les algues croissaient aussi bien dans le lactosérum de fromage que dans la solution standard du laboratoire. En fait, à la fin de l'expérience, les algues cultivées dans le lactosérum de fromage ont produit un nombre de cellules légèrement plus élevé, atteignant une densité de 17,3 millions de cellules par millilitre, contre 15,9 millions dans la solution standard. Plus important encore, les algues cultivées dans les déchets ont produit nettement plus de matière solide, produisant 1,40 gramme de biomasse sèche par litre, alors que la solution standard n'en produisait que 0,30 gramme.

Les chercheurs ont ensuite examiné ce qui se trouvait à l'intérieur de ces cellules d'algues pour voir si les déchets changeaient leur composition. En utilisant une technique qui mesure la façon dont la lumière rebondit sur les molécules, ils ont découvert que les algues cultivées dans le lactosérum de fromage avaient une composition chimique différente de celles cultivées en laboratoire. Plus précisément, les algues cultivées dans les déchets contenaient plus de lipides, qui sont des graisses et des huiles, tandis que les algues cultivées en laboratoire semblaient avoir une signature protéique plus forte. Cela suggère que les nutriments présents dans le lactosérum de fromage, tels que le lactose et d'autres composés organiques, ont poussé les algues à stocker plus d'énergie sous forme de graisses. L'équipe a ensuite pris cette biomasse d'algues séchée et l'a ajoutée au milieu alimentaire du Pediococcus. Ils voulaient voir si nourrir les bactéries avec cette algue les aiderait à croître plus rapidement ou à travailler plus intensément. Les résultats étaient clairs : l'ajout de la biomasse d'algues a aidé les bactéries à se multiplier plus rapidement durant leur phase de croissance active. Les bactéries ont mieux crû en présence des algues qu'en leur absence, particulièrement après 18 à 24 heures de croissance.

Au-delà de l'aide apportée à la croissance des bactéries, les algues ont également stimulé une fonction spécifique qui est très précieuse pour la santé humaine : la capacité de décomposer le lactose. Les bactéries Pediococcus produisent naturellement une enzyme appelée bêta-galactosidase, qui aide à digérer le sucre présent dans le lait. Cela est crucial car une grande partie de la population adulte ne peut pas digérer correctement le lactose. Lorsque les chercheurs ont mesuré l'activité de cette enzyme, ils ont constaté que les bactéries nourries avec les algues produisaient beaucoup plus de cette enzyme que celles ayant reçu un régime standard. Les bactéries nourries avec les algues cultivées en laboratoire produisaient un niveau d'activité enzymatique de 49,33 unités, tandis que celles nourries avec les algues issues du lactosérum de fromage en produisaient 38,82 unités. Ces deux chiffres étaient nettement supérieurs aux 18,34 unités produites par le groupe témoin sans algues. Cela indique que la biomasse d'algues agit comme un puissant stimulateur de la performance enzymatique des bactéries, même si les algues cultivées dans les déchets produisaient une activité enzymatique légèrement inférieure à celles cultivées en laboratoire.

L'étude conclut que cette approche offre un double avantage pour l'environnement et la science alimentaire. En utilisant le lactosérum de fromage pour cultiver des algues, les chercheurs ont démontré un moyen de nettoyer un flux de déchets problématique tout en créant simultanément une biomasse à haute valeur ajoutée. Cette biomasse sert ensuite d'additif alimentaire fonctionnel qui améliore les performances des bactéries bénéfiques. Les résultats suggèrent que des micro-organismes sauvages provenant d'environnements locaux, tels que des étangs d'eau douce et des aliments fermentés traditionnels, peuvent être combinés en un système unifié. Ce système permet non seulement de récupérer les nutriments des déchets laitiers, mais génère également un produit capable d'améliorer la qualité des aliments fermentés et potentiellement d'aider à la digestion des produits laitiers pour les personnes intolérantes au lactose. Bien que le processus ait montré que les algues cultivées dans les déchets avaient un effet légèrement différent sur la production d'enzymes par rapport aux algues cultivées en laboratoire, le résultat global confirme que la biomasse dérivée de déchets est un outil viable et efficace pour soutenir la croissance et la fonction des bactéries bénéfiques.