Pasteurization-assisted solid-state bioconversion of Caragana korshinskii residues by Irpex lacteus n6

Dans les paysages arides et semi-arides du nord de la Chine, un arbuste robuste connu sous le nom de Caragana korshinskii joue un rôle vital en maintenant le sol et en restaurant les écosystèmes fragiles. Cette plante, membre de la famille des légumineuses, prospère là où peu d'autres le peuvent, résistant à la sécheresse et au froid tout en ancrant la terre grâce à ses racines profondes contre l'érosion éolienne. Cependant, à mesure que ces zones arbustives mûrissent, les plantes deviennent ligneuses et dures, accumulant chaque année une épaisse couche de déchets de taille. Bien que des millions de tonnes de ce matériel soient produites annuellement, la majeure partie est simplement brûlée ou laissée à pourrir, représentant une opportunité perdue. Le défi réside dans la structure de la plante : ses fibres sont enfermées dans une matrice rigide et riche en lignine qui rend sa digestion difficile pour les animaux. Pour transformer ce résidu coriace en un aliment animal utile, les scientifiques se tournent vers les propres recycleurs de la nature : les champignons. Certains champignons, particulièrement les espèces de la pourriture blanche, possèdent la capacité unique de sécréter des enzymes qui décomposent la lignine, la colle qui maintient les fibres végétales ensemble, déverrouillant ainsi efficacement les nutriments piégés à l'intérieur. Ce processus biologique offre une alternative plus douce et plus durable aux traitements chimiques rigoureux souvent utilisés dans l'industrie, transformant potentiellement un déchet en une ressource précieuse pour le bétail.

Des chercheurs de l'Université agricole de Mongolie intérieure se sont donné pour mission de trouver le partenaire fongique parfait pour cette tâche spécifique. Ils ont collecté onze souches sauvages différentes d'un champignon appelé Irpex lacteus provenant des habitats mêmes où poussent les arbustes. L'objectif était d'identifier laquelle de ces souches indigènes pouvaitt mieux coloniser le résidu dur de l'arbuste et le décomposer efficacement. L'équipe a d'abord testé la vitesse à laquelle chaque souche pouvait se propager sur un lit de matériel arbustif broyé. Bien que toutes les souches aient poussé, deux d'entre elles, nommées n4 et n6, se sont développées le plus rapidement, couvrant la surface de test en seulement une semaine. Pour comprendre pourquoi, les scientifiques ont examiné les enzymes produites par ces champignons. Ils ont utilisé des tests de changement de couleur simples pour voir comment les champignons pouvaient attaquer différentes parties de la plante. Un test mesurait la capacité à oxyder une substance similaire à la lignine, tandis qu'un autre vérifiait la capacité à dissoudre la cellulose, la principale fibre structurelle des plantes. Les résultats ont montré que si certaines souches étaient douées pour une chose et d'autres pour une autre, la souche n6 se distinguait comme étant la plus polyvalente. Elle produisait les niveaux les plus élevés des enzymes spécifiques nécessaires pour démanteler à la fois la colle de lignine et les fibres de cellulose, ce qui en faisait la candidate la plus solide pour une étude approfondie.

Une fois la meilleure souche identifiée, les chercheurs se sont ensuite concentrés sur la manière de la cultiver le plus efficacement possible. Ils ont testé diverses conditions pour voir ce qui aidait le champignon à prospérer, expérimentant différentes températures, niveaux d'acidité et sources de nourriture. Ils ont découvert que le champignon poussait mieux à une température chaude de 30 degrés Celsius dans un environnement légèrement acide. En ce qui concerne la nourriture, le champignon préférait le maltose, un type de sucre, et la peptone, un nutriment dérivé des protéines, comme régime principal. Pour préparer suffisamment de ce champignon afin de traiter de grandes quantités de déchets d'arbustes, l'équipe avait également besoin d'un moyen de le faire croître rapidement sur un milieu à base de céréales. Ils ont testé cinq céréales différentes — sarrasin, sorgho, maïs, millet et blé — pour voir laquelle soutiendrait la croissance la plus rapide. Le sarrasin s'est avéré être le grand gagnant, permettant au champignon de se propager plus rapidement et plus densément que sur les autres céréales. Cette découverte a fourni une méthode pratique pour produire la quantité nécessaire de culture d'ensemencement fongique pour l'expérience principale.

La phase finale de l'étude a consisté à mettre le champignon au travail sur le véritable résidu d'arbuste. Les chercheurs ont préparé le matériel végétal broyé de deux manières différentes pour voir quelle méthode fonctionnait le mieux. Un groupe d'échantillons a été stérilisé par vapeur à haute pression, une méthode standard qui tue tous les autres micro-organismes mais nécessite une énergie considérable. L'autre groupe a été pasteurisé, un traitement thermique plus doux qui réduit les microbes concurrents sans stériliser complètement le matériel. Les deux groupes ont ensuite été inoculés avec la souche I. lacteus n6 cultivée sur le sarrasin et laissés à fermenter pendant 56 jours. Les résultats ont été frappants. Les échantillons traités par la méthode de pasteurisation plus douce et ensuite inoculés avec le champignon ont montré les améliorations les plus spectaculaires. Par rapport au témoin pasteurisé non traité, le matériel fermenté a vu sa teneur en fibres diminuer de manière significative. La quantité de fibres de détergent neutre, qui représente la paroi cellulaire totale indigeste, a chuté de près de 17 %. La fibre de détergent acide, une mesure des parties encore plus dures et moins digestibles, a également diminué d'environ 16,5 %. Plus impressionnant encore, la lignine de détergent acide, le composant récalcitrant qui rend la plante si difficile à manger, a été réduite de près de 50 %.

Au-delà de la simple décomposition des fibres dures, le processus a également amélioré la valeur nutritionnelle de l'aliment. La quantité de protéines brutes dans le matériel traité est passée d'environ 8 % à plus de 12 %, tandis que les glucides solubles dans l'eau, qui fournissent une énergie rapide aux animaux, ont augmenté plus de cinq fois. Ces changements suggèrent que le champignon non seulement a ramolli la structure de la plante, mais a également ajouté sa propre biomasse au mélange, enrichissant le produit final. L'étude a démontré que l'utilisation d'un champignon local combinée à une étape simple de pasteurisation est un moyen viable d'améliorer ce déchet d'arbuste abondant. Bien que la recherche confirme que le matériel devient plus digestible et nutritif, les auteurs notent que des tests supplémentaires sont nécessaires pour voir comment les animaux consomment et utilisent réellement ce nouvel aliment. Néanmoins, ce travail constitue une base solide pour transformer un flux de déchets massif et sous-utilisé en une solution potentielle pour la production de bétail durable dans la région.