PROCESS FOR LIPID AND OMEGA-3 FATTY ACID ENRICHMENT IN ALGAL CULTURES

PROCEDE D'ENRICHISSEMENT EN LIPIDES ET EN ACIDES GRAS OMEGA-3 DANS LES CULTURES D'ALGUES

Abrégé français

La présente invention concerne un procédé de culture adapté à de
nombreuses espèces d'algues en système semi-continu. Ce système et
cette technique d'élevage en milieu contrôlé optimisent les concentrations
d'algues tout en permettant un enrichissement en acides gras,
spécialement en omega-3. Juste à la fin de l'atteinte de la phase de
croissance exponentielle les cultures d'algues subissent un stress
environnemental contrôlé entraînant une modification des processus
métaboliques. Sous l'influence de ce stress les algues cessent de se
diviser pour emmagasiner des lipides sous la forme d'acide gras
polyinsaturés et particulièrement d'omega-3.

Revendications

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REVENDICATIONS:
1. Un procédé de production d'acides gras polyinsaturés (PUFA=
Polyunsaturated fatty acid) comprenant les étapes de:
a) culture d'algues en un temps suffisant pour atteindre la phase
stationnaire de croissance; et
b) application d'au moins un facteur limitant la croissance causant ainsi la
production et l'accumulation de PUFA.
2. Le procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le
facteur limitant la croissance est une absence ou une faible teneur de
silicate.
3. Le procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le
facteur limitant la croissance est une carence d'éléments nutritifs.
3. Le procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que
plusieurs facteurs limitant la croissance sont appliqués en séquence.
4. Un procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'algue
est la diatomée Chaetoceros gracilis et le facteur de stress est l'absence
ou la fiable teneur de silicate.
5. Un procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'algue
est la diatomée Skeleonema costatum et le facteur de stress est la
carence en silicate.

Description

CA 02395622 2002-07-22
1
PROCÉDE D'ENRICHISSEMENT EN LIPIDES ET EN ACIDES GRAS
OMEGA-3, DANS LES CULTURES D'ALGUES
INFORMATION DE BASE
(a) Champs d'application
La présente invention concerne un nouveau procédé de
production d'acide gras polyinsaturés et particulièrement d'oméga-3.
(b) Art antérieur
Les microalgues, particulièrement celles cultivées dans un médium
marin, sont souvent riches en acide gras polyinsaturés (PUFA -
Polyunsaturated fatty acid) dont les deux principaux sont l'EPA
(éicosapentaenoic acid) et le DHA (docosahexaenoic acid). Le tableau
suivant montre les teneurs en EPA et DHA des différentes espèces de
microalgues maintenues dans des conditions d'élevage standard.
acide gras
EPA DHA
Chrysophyceae
Pseudopedinella 27 1
Circosphaera 28 -
Isochrysis - 15
Xanthophyceae
Nannochloris 27 -
Bacillariophyceae
Nitzchia 17 -
Phaedactylum tricomatum 28 -
Rhodophyceae
Porphyridium cruentum 17 -

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2
Dinophyceae
Amphidinium carterae 20 24
Ceratium furca 7 21
Cochlodinium spp. 11 28
Crypthecodinium cohn - 30
Gonyaulax spp. 12-34 1-16
Peridinium triquetum 19 2
Procentrum spp. 15-32 3-5
References: W. Yongmanitchai et O.P. War (1989; Omega-3 fatty acids
alternative sources of production; Proc. Biochem 24: 117-125) et J.K. Vollcman
et
al. (1989; Fatty acid and lipid composition of 10 species of microalgae used
in
mariculture; J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 128: 219-240).
La culture des microalgues dans le but de produire des PUFAs s'est
développée en utilisant les espèces les plus riches en acide gras, tel
Crypthecodinium cohnü.
II est reconnu que les contenus en lipides des microalgues, dont les
PUFAs, varient selon les conditions de culture. Cependant les conditions
optimisant les concentrations en acide gras dans les algues sont
incompatibles avec celles favorisant la croissance des cultures algales. II
en résulte que les cultures d'algues enrichies en lipides, tels les acides
gras, sont réalisées seulement à faible concentration diminuant ainsi
l'avantage de modifier les conditions de culture.
SOMMAIRE DE L'INVENTION
Le but de la présente invention est de fournir un nouveau procédé
de production des PUFAs par l'induction d'un blocage de la division
cellulaire. Ce blocage est induit lorsque les cultures ont atteint une
concentration optimale (plus de 10x106 cellules par ml). Cela permet

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d'obtenir des cellules riches en PUFA, particulièrement en acide gras
omega-3.
Selon cette invention différentes espèces d'algues peuvent subir
une modification des processus métaboliques menant ainsi à une
augmentation significative de la teneur en PUFAs.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
Selon la présente invention les algues sont cultivées en système
semi-continu à une température de 18 à 20°C, un pH de 7.5 à 8.0 et une
illumination provenant d'un côté fournie par des fluorescents de type Cool-
whiteT"" et GrowliteT"" à une intensité de 60 à 250 NE s' m-2. La
photopériode comprend un cycle de 16h lumière: 8h obscurité. L'eau pour
les élevages est filtrée à 1 Nm et pasteurisée à 80°C.
Ä titre d'essai, 2-3 ml de souches mères d'algues sont ajoutés aux
erlenmeyers de 125 ml contenant 75 ml de milieu de culture f/2 (R.
Guillard, 1975; Culture of phytoplankton for feeding marine invertebrates.
In: Smith, W.L., Chanley, M.H. (Eds.), Culture of marine invertebrates
animais. Plenum Press, New York, pp. 29-60). Sept jours après
l'inoculation, le contenu des erlenmeyers de 125 ml est transféré dans des
erlenmeyers de 500 ml contenant 300 ml de milieu de culture f/2. Cinq
jours plus tard le contenu des erlenmeyers de 500 ml est transvidé dans
des contenants de 20 litres. Durant les phases de culture de 125 et 500 ml
aucun élément n'est ajouté aux cultures.
Dans les 20 litres, 8 ml de milieu de culture f/2 sont ajoutés avec 18
litres d'eau. Après 2 jours, 4 ml de silicate sont ajoutés et après 3 jours de
plus les 20 litres sont transvidés dans des tubes de 170 litres de 7 pieds de
hauteur. 62 ml de milieu de culture f/2 et 31 ml de silicate sont ajoutés et
les tubes sont remplis d'eau. Les éléments nutritifs avec ou sans silicate,
selon l'espèce, sont ajoutés tous les 2 jours. Dans les contenants de 20 et

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170 litres, de l'air filtrée et du gaz carbonique à un débit de 0.2 à 0.3
I/min
sont ajoutés.
Après 6-7 jours d'incubation dans les tubes de 170 litres, les
cultures algales ont presque terminé leur croissance exponentielle et
atteint leur niveau maximum. C'est à ce moment que les stress en
éléments nutritifs sont imposés afin de modifier leur patron métabolique.
Les algues cessent de se diviser et commencent à emmagasiner des
lipides, surtout sous forme de PUFAs. Le stress nutritionnel ou
environnemental imposé dépend de l'espèce en élevage. Pour certaines
espèces les concentrations en PUFAs ont été presque doublées pour des
concentrations algales identiques.
La présente invention sera plus facile à comprendre en utilisant
les exemples suivants qui servent à illustrer l'invention sans limiter sa
portée.
Exemple 1
La diatomée Chaetoceros gracüis a été cultivée en système semi-
continu de 170 litres à des concentrations de plus de 10 millions de
cellules / ml. Des tubes ont continué à être alimentés avec des éléments
nutritifs complets tandis que d'autres furent privés de silicates. Les
résultats décrit ci-dessous présentent la distribution des acides gras selon
le traitement.

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Avec silicate Sans silicate
20 :5n3 8.9 30.2
22 :6n3 3.9 8.5
Somme PUFA 33.1 50.0
Somme n3 21.1 34.9
L'analyse faite 7 jours après l'application de stress
Exemple 2
La diatomée Skelefonema costatum a été cultivée en système
semi-continu de 170 litres. Des tubes ont continué à être alimentés avec
des éléments nutritifs complets tandis que d'autres furent privés de
silicates. Les résultats présentent la distribution des acides gras selon le
traitement.
Avec silicate Sans silicate
20 :5n3 16.1 37.6
22 :6n3 5.5 7.54
Somme PUFA 41.0 59.9
Somme n3 24.6 42.0
L'analyse faite 7 jours après l'application de stress
L'illustration en haut devrait servir comme démonstratives au lieu
de restrictives de l'invention.
Tandis que l'invention a été décrite en rapport avec des
réalisations particulières, diverses modifications peuvent être effectués. La
présente invention comprend donc toutes variations, emplois, ou
adaptations de l'invention qui précèdent. D'une façon générale, sont

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également compris dans la présente invention, les principes de l'invention
incluant tout écart de la présente divulgation connu dans la pratique
ordinaire au sein de l'art propre au champs de l'invention qui appliquent
les caractéristiques décrites précédemment et celles revendiqués ci-
dessous.