Optimization of lactic acid production from dairy whey using indigenous lactic acid bacteria

Chaque fois que le fromage est fabriqué, une grande quantité de liquide est laissée derrière elle. Pour chaque kilogramme de fromage produit, environ dix litres de ce sous-produit aqueux, connu sous le nom de lactosérum doux, sont générés. Bien qu'il ressemble à de l'eau, il est en réalité riche en sucres, en protéines et en vitamines que le processus de fabrication du fromage n'a pas capturés. Dans de nombreux endroits, ce liquide riche en nutriments est traité comme un déchet. Lorsqu'il est déversé dans les rivières ou laissé à pourrir, il consomme l'oxygène de l'eau et crée un lourd fardeau environnemental. Cependant, ce même liquide recèle un potentiel caché : les sucres qu'il contient peuvent nourrir de minuscules micro-organismes naturels pour créer de l'acide lactique. Cette substance est un bloc de construction polyvalent utilisé pour fabriquer tout, des conservateurs alimentaires aux cosmétiques en passant par les plastiques biodégradables. Transformer un déchet polluant en un matériau précieux représente un passage vers une économie circulaire, où rien n'est gaspillé et où chaque sortie devient une entrée pour quelque chose de nouveau.

Dans les hautes terres du nord du Rwanda, où l'industrie laitière s'est développée rapidement, des chercheurs ont été confrontés au défi de gérer les volumes importants de lactosérum produits par les fabricants de fromage locaux. Une équipe de l'INES-Ruhengeri s'est donné pour mission de voir si elle pouvait transformer ce déchet en acide lactique en utilisant des bactéries qui vivaient déjà dans la région. Au lieu d'importer des cultures spécialisées de l'étranger, ils se sont tournés vers le yaourt local, un aliment fermenté traditionnel, pour trouver les micro-organismes appropriés. Ils ont collecté des échantillons de lactosérum provenant de trois transformateurs de fromage différents et du yaourt d'un marché local pour commencer leur recherche. Le lactosérum qu'ils ont testé a été confirmé comme étant une soupe riche en lactose, le sucre présent dans le lait, ainsi qu'en petites quantités de protéines et de minéraux, ce qui en fait une source de nourriture idéale pour la fermentation.

Les chercheurs ont d'abord isolé plusieurs souches de bactéries lactiques à partir du yaourt local. Ce sont les mêmes types de microbes bénéfiques responsables de la transformation du lait en yaourt. Après avoir testé ces souches dans du lactosérum stérile, ils en ont sélectionné une souche spécifique, qu'ils ont nommée LAB-4, car elle s'est avérée être la plus efficace pour convertir le sucre du lactosérum en acide. Cette souche a été capable d'abaisser considérablement le pH du lactosérum en trois jours, un signe qu'elle travaillait vigoureusement. Avec cette bactérie indigène en main, l'équipe est passée à l'étape suivante : trouver l'environnement parfait pour son travail. Ils savaient que la température, l'acidité initiale du liquide et la quantité de bactéries ajoutées modifieraient tous le résultat, ils ont donc utilisé une méthode systématique pour tester des centaines de combinaisons afin de trouver le point idéal.

Grâce à ces tests minutieux, les scientifiques ont découvert que les bactéries perforaient mieux lorsqu'elles étaient maintenues à une température chaude de 37 degrés Celsius, avec un pH initial de 6,0, et lorsque le mélange contenait une quantité spécifique de culture bactérienne. Sous ces conditions optimisées, le processus était remarquablement efficace. En seulement 48 heures, les bactéries ont converti le lactose du lactosérum en acide lactique, atteignant une concentration de 43,2 grammes par litre. Ce résultat signifiait que pour chaque gramme de sucre consommé, les bactéries produisaient près de 0,87 gramme d'acide lactique, une efficacité élevée qui rivalise avec les méthodes utilisant des bactéries commerciales importées. Le processus a également nettoyé l'eau usée ; la demande chimique en oxygène, une mesure de la pollution présente dans le liquide, a chuté de plus des deux tiers, prouvant que la fermentation traitait simultanément le déchet et créait un produit.

Une fois la fermentation terminée, l'équipe devait séparer l'acide lactique du liquide. Ils ont utilisé une méthode simple impliquant de l'hydroxyde de calcium pour transformer l'acide en un sel solide, qui a ensuite été filtré et traité avec de l'acide pour libérer l'acide lactique pur. Cette étape de récupération a été un succès, produisant environ 75 pour cent de l'acide disponible avec une pureté de 82,5 pour cent. Bien que cette pureté soit inférieure à ce que les machines industrielles avancées peuvent atteindre, elle est suffisante pour de nombreuses utilisations alimentaires et techniques. Les chercheurs ont également examiné l'économie du processus à petite échelle, estimant que la production d'un kilogramme de cet acide lactique coûterait environ 2,10 dollars américains. Ce niveau de prix suggère que la méthode est financièrement viable pour les transformateurs laitiers locaux, offrant un moyen de transformer un passif environnemental en une source de revenus.

L'étude démontre que les solutions locales peuvent répondre à des problèmes mondiaux. En utilisant des bactéries indigènes de la région et en optimisant leur croissance sur des déchets locaux, les chercheurs ont montré que les transformateurs laitiers rwandais pouvaient gérer leur lactosérum de manière plus durable. Le travail confirme que le lactosérum doux est un substrat approprié pour la production d'acide lactique et que les bactéries indigènes sont capables de faire le travail efficacement sans avoir recours à des cultures importées coûteuses. Bien que les expériences actuelles aient été menées dans des flacons et que la méthode de récupération soit basique, les résultats fournissent une base solide pour un développement futur. Le processus offre une voie pratique et à faible coût pour la valorisation des déchets qui s'aligne sur les objectifs du pays en matière de protection de l'environnement et de croissance économique, transformant un polluant potentiel en une ressource précieuse.