Spirulina growing process

Abstract

The invention relates to a method of cultivating spirulina (Arthrospira platensis) in a temperate or northern climate, comprising a period of reproduction of the spirulina strain and a period of dormancy of the spirulina strain when the night temperature of the cultivation tank falls below the limit of 17 °C, preferably below the limit of 18 °C or 19 °C or even 20 °C, in which, in order to put said spirulina strain into dormancy, a sample volume of the reproduction medium of said strain is taken and placed in conditions of reduced luminosity compared to a sunlight of normal intensity generally borne by said strain during the reproduction period during periods of light alternating with periods of darkness, the said sampling volume is maintained at a temperature of between 5 and 20 °C, preferably between 10 and 18 °C, under reduced agitation compared with agitation during the reproduction period, at a pH of at least 9, preferably at least 9.5 or at least 10, feeding the sample volume every 4 to 7 days with 5-15%, preferably 10%, of the sample volume of a composition comprising about 1 g / L sea salt, 6 g / L sodium bicarbonate, 2.5 g / L potassium nitrate, 1 g / L potassium sulfate and / or magnesium sulfate, and about 3 g / L sodium and / or calcium carbonate.

Description

La présente invention est relative à un procédé de culture de spiruline (Arthrospira platensis) adapté au climat tempéré ou nordique. Le terme « spiruline » peut désigner diverses espèces de cyanobactéries filamenteuses. Dans la présente, on entend par « spiruline » l'espèce Arthrospira platensis. Il s'agit d'une bactérie de couleur bleu-vert que l'on retrouve dans les lacs chargés de matières organiques et de soude de la ceinture intertropicale. Cette bactérie se multiplie rapidement et constitue une source alimentaire pour certains animaux ainsi que pour les humains. Elle est cultivée industriellement en Afrique, en Inde, au Pérou, au Viet Nam, en Chine, et plus récemment dans le sud de la France. Elle est de nos jours considérée comme un complément alimentaire intéressant de par sa valeur nutritionnelle. En effet, elle représente une source de protéines (60-70 % en poids) et de vitamines (environ 4 % en poids), mais est aussi riche en acides aminés essentiels, minéraux, acides gras essentiels et antioxydants. On lui reconnaît des effets bénéfiques sur la santé, comme des effets antioxydants, immunomodulateurs, antiinflammatoires, anti-cancéreux, antiviraux et antibactériens, mais aussi des effets positifs contre l'hyperlipidémie, la malnutrition, l'obésité, le diabète et l'anémie. De nombreuses études sur les effets de la spiruline sont toujours en cours. La culture de la spiruline s'effectue dans des bassins de quelques dizaine de centimètres de profondeur, exposés à la lumière du soleil, à une température généralement comprise entre 30 et 35 °C, dans une eau alcaline à pH d'environ 10. Les bactéries sont filtrées, égouttées, lavées et séchées pour en produire une poudre verte. Au vu des propriétés intéressantes de la spiruline, et afin de diminuer ses transports des zones de la ceinture intertropicale vers les zones nordiques, on cherche à la cultiver dans des zones géographiques qui à l'origine lui sont beaucoup moins propices notamment à cause de l'exposition lumineuse réduite et de températures ambiantes inférieures aux températures qui règnent généralement dans son milieu naturel. La présente invention vise plus particulièrement à fournir un procédé de culture de spiruline (Arthrospira platensis) adapté au climat tempéré ou nordique, comme par exemple le Canada ou les pays nordiques européens. Selon l'invention, le procédé de culture de spiruline (Arthrospira platensis) sous climat tempéré ou nordique, comporte une période de reproduction de la souche de spiruline et une période de dormance de la souche de spiruline lorsque la température de nuit du bassin de culture tombe sous la limite de 17 °C, de préférence sous la limite de 18 °C ou de 19 °C ou même de 20 °C, procédé dans lequel en vue de la mise en dormance de ladite souche de spiruline on prélève un volume de prélèvement du milieu de reproduction de ladite souche, on place celui-ci dans des conditions de luminosité réduite par rapport à un ensoleillement d'intensité normale généralement supporté par ladite souche en période de reproduction, pendant des périodes de luminosité alternant avec des périodes d'obscurité, on maintien ledit volume de prélèvement à une température comprise entre 5 et 20 °C, de préférence entre 10 et 18 °C, sous une agitation réduite par rapport à l'agitation en période de reproduction, à un pH d'au moins 9, de préférence d'au moins 9,5 ou d'au moins 10, en alimentant le volume de prélèvement tous les 4 à 7 jours avec 5 – 15 %, de préférence 10 %, du volume de prélèvement d'une composition comportant environ 1 g / L de sel de mer, 6 g / L de bicarbonate de sodium, 2,5 g / L de nitrate de potassium, 1 g / L de sulfate de potassium et / ou sulfate de magnésium, et environ 3 g / L de carbonate de sodium et / ou de calcium. Pendant la période de reproduction, la spiruline peut être cultivée dans des bassins à ciel ouvert ou sous serre, ou temporairement sous serre et temporairement à ciel ouvert. Les conditions de culture sont classiques et connues en soi. On maintien une température du milieu de culture de 30 à 35 °C, et une agitation continue, par exemple par insufflation d'air de manière à permettre la croissance des organismes sans les déchirer. On considère généralement une longueur (calculées en spires) d'environ 7 spires comme étant idéale. On maintien une concentration en sel de mer de l'ordre de 3 à 10 g / L de milieu de culture, une concentration en nitrate (de potassium par exemple) de 1 à 2,5 g / L de milieu de culture, et une concentration en sulfates de 0,5 à 1,5 g / L de milieu de culture, de manière à maintenir le pH aux environs de pH=10. On alimente approximativement quotidiennement en urée à une dose de l'ordre de 0,01 g / L à 1 g / L, de préférence de l'ordre de 0,5 g / L, de volume de culture. Avantageusement, en période de dormance, les périodes de luminosité sont en registre avec les durées de jour de la période de dormance, et les périodes d'obscurité sont en registre avec les durées de nuit de la période de dormance. En période dormance, la température du milieu varie avantageusement en fonction de la durée de la période de luminosité, la température étant plus basse lors de périodes de luminosité plus courtes. Selon une forme d'exécution avantageuse du procédé de l'invention, le milieu est agité par insufflation d'air à intervalles réguliers, en période de dormance. La diminution de l'agitation permet à la spiruline de trouver ses nutriments et de faire sa mitose, à un rythme réduit, sans pour autant les fracturer. On obtient alors généralement des filaments plus longs qu'en période de reproduction, à savoir de l'ordre de 15 à 30 spires en dormance, comparés à 5 à 15 spires en période de reproduction. En période de dormance, on introduit avantageusement de l'engrais dans le milieu sous forme d'urée, environ une fois par mois, à une dose de 0,01 g / L à 1 g / L, de préférence de l'ordre de 0,5 g / L, de volume de prélèvement. De préférence, on introduit du fer dans le milieu de prélèvement, une fois par mois, à une dose de 0,02 à 2 g / L de volume de prélèvement, de préférence de 0,05 à 1 g / L de volume de prélèvement, plus particulièrement de 0,05 à 0,15 g / L de volume de prélèvement. De préférence encore, le fer est introduit dans le milieu sous forme de chélate de fer, notamment sous forme de EDTA-FeNa.3H<com:Sub>2< / com:Sub>O. On peut, bien entendu, effectuer une purge du milieu de culture consistant en une séparation de la spiruline et des boues, favorisant ainsi la survie de la spiruline en période de dormance, dans des conditions favorables. Une fois que la période de dormance touche à sa fin, on cherche à réactiver la souche de spiruline en augmentant progressivement la luminosité, la température du milieu, en adaptant la concentration en sels et en urée ainsi que la fréquence d'alimentation en urée jusqu'à une fréquence d'une fois par jour en période de reproduction. On a constaté que la spiruline peut ainsi aisément passer en conditions de culture. On a déterminé que le procédé de l'invention permet de cultiver la spiruline en des zones géographiques de climat tempéré ou même nordique, avec des rendements acceptables, sans devoir remplacer la souche à chaque cycle de reproduction. La mise en dormance est facile et exige peu de main d'œuvre et d'entrants par rapport la période de reproduction. L'invention est décrite plus en détails ci-dessous à l'appui d'un exemple de mise en œuvre au Canada. Dans le cadre de l'exemple, la culture de spiruline se fait sous serres ; ce qui permet de mieux contrôler l'environnement, à savoir la température, l'ensoleillement et les intrants dans les bassins et assure un meilleur contrôle hygiénique des bassins. Les bassins ont une surface variable allant de 22,5 à 45m2, et la serre contient aussi une pouponnière à spiruline de 8 m<com:Sup>2< / com:Sup>. Le niveau de milieu de culture dans le bassin est avantageusement maintenu constant lors de l'ajout de milieu de culture grâce à la variabilité de la surface. Avantageusement, les bassins comportent une couche isolante, par exemple en polystyrène expansé ou autre, l'isolant du sol. On peut aussi équiper les bassins d'un système de chauffage, notamment de type plancher chauffant afin de compenser pour les nuits fraiches en début et fin de saison. De préférence, on prévoit aussi une toile ajourée permettant d'ombrager les bassins en cas d'intensité lumineuse trop importante. Le milieu de culture consiste en une solution de sels minéraux dans de l'eau. Le milieu de culture doit apporter à la spiruline tous les éléments chimiques qui lui sont nécessaires. Le pH du milieu de culture doit être compris entre 8.0 et 11. Il existe différentes recettes de milieu de culture pour la spiruline. L'exemple concerne l'un des plus " confortables " pour la spiruline ; il garantit au mieux la facilité de culture. L'eau utilisée doit être potable. Il y a lieu de la tester à chaque début de saison pour sa composition et la recherche de bactéries et / ou pathogènes, mais aussi de métaux lourds. Le milieu de culture comporte du sel de mer, du bicarbonate, du nitrate potassium, du sulfate de potassium, du magnésium, du sulfate monoammonique, et de l'urée. On ajoute encore du carbonate de calcium pour la dormance. Les sels et engrais sont avantageusement dilués dans l'eau afin d'être incorporés au milieu de culture. Un autre paramètre essentiel de la culture de spiruline est la température du milieu de culture. Celle-ci influence directement la vitesse de croissance de la spiruline: bien qu'assez résistante au froid (jusqu'à 3-5°C au-dessus de zéro), la spiruline ne commence à croître d'une manière appréciable qu'au-dessus de 20°C. La vitesse de croissance est maximale vers 35-37°C. Au-delà de cette température, on risque rapidement une destruction de la culture qui survient à coup sûr après quelques heures au-delà de 43-44°C. On sait que de brusques variations de température sont néfastes. La lumière est un autre facteur essentiel. Une très forte lumière (plein soleil) peut être dangereuse dans les cas suivants : • sur une culture froide (moins de 14-15°C), surtout en cas de brusque illumination • sur une culture très chaude, car elle apporte un échauffement supplémentaire • sur une culture très diluée (Secchi de plus de 6 cm) • sur une culture en difficulté (suite à un incident par exemple) Par contre, une culture en bonnes conditions de concentration et de température pourra être exposée avec profit à un maximum de lumière naturelle. On réduit volontairement la luminosité par ombrage si l'on désire freiner la croissance de la spiruline, ou si l'on se trouve dans l'un des cas précédents. Notons encore l'agitation comme facteur essentiel dans la culture spiruline. Il est important d'agiter une culture de spiruline afin de favoriser ainsi une dispersion homogène de la spiruline dans le milieu de culture, et son exposition à la lumière. Une agitation trop violente endommage la spiruline en générant des fragments et provoque l'apparition de mousse. Avantageusement, l'agitation s'effectue de manière continue par une petite pompe électrique submersible. Pour la pouponnière de plus petits volume de culture (moins de 100 litres), une agitation continue par injection d'air peut être réalisée au moyen d'un petit compresseur pour aquarium par exemple. Cette dernière méthode est très pratique pour la conservation d'une culture de secours. Lors du retour du beau temps au printemps, on sort la spiruline de dormance et on commence par remplir la pouponnière dans la serre. On commence avec 100 litres de spiruline concentrée. Les premiers jours, on augmente la pouponnière de 10% son volume. Les jours suivants, on augmente de 20% du volume que contient la pouponnière, et ensuite de 30%, tout en tenant compte de l'évaporation d'eau, mais sans ne rajouter plus de 10% du volume d'eau par jour. On augmente progressivement la température, à raison de 1 °C sur 5 jours jusqu'à atteindre 22 degrés le jour. L'agitation passe à une agitation continue. On passe à l'alimentation de reproduction. Une fois la pouponnière remplie (1000 litres) on transvide dans les bassins à géométrie variable. On augmente le volume du bassin au fur et à mesure qu'il se remplit. Après une semaine on peut procéder à la première récolte. On évalue la concentration d'une culture par l'intensité de sa couleur. On utilise pour cela un " disque de Secchi ". Il s'agit d'une règle graduée à l'extrémité de laquelle se trouve fixé (perpendiculairement) un petit disque blanc. On plonge cet instrument dans la culture, jusqu'au point où le disque cesse d'être visible. La profondeur du disque est alors lue sur la règle graduée. Une culture est diluée si le disque de Secchi reste visible au-delà de 5 - 6 cm de profondeur ; une valeur de 2-3 cm correspond à une culture prête à la production. Des valeurs inférieures à 2 cm indiquent qu'il est nécessaire de diluer la culture, ou de récolter fortement. En bonnes conditions, la quantité de spiruline présente dans une culture double tous les 2 à 4 jours, jusqu'à atteindre une concentration maximum (Secchi < 1.5 cm). Entre 1.5 cm et 3.5 cm, l'échelle des "Secchi " est grossièrement linéaire, avec 1.5 cm correspondant à 0.5 g / l (poids de spiruline sèche par litre de milieu) et 3 cm correspondant à <com:Math><semantics>0.25g / l.<annotation encoding="application / x-tex">0.25 \, \text{g / l}.< / annotation>< / semantics>< / com:Math> Le pH du liquide tend à augmenter lorsque la spiruline se développe. D'environ 8.5 au départ (milieu neuf), le pH peut passer à 10 voire 11. Cette dernière valeur indique la nécessité de renouveler (ou diluer) le milieu de culture. Comme mentionné ci-dessus, lorsque la concentration de la culture passe au-dessous d'un Secchi de 2-3 cm, (environ une semaine après avoir remplis le bassin à géométrie variable) on procède à la récolte, de préférence le matin, surtout si l'on veut sécher la spiruline. L'eau du bassin est avantageusement filtrée moyennant un premier passage sur un filtre suivi d'une deuxième filtration. Un filtre en inox de maille comprise entre 30 et 60 microns, est idéal pour la réalisation du deuxième filtrage. Le liquide qui s'en écoule doit être presque incolore. Lorsque le liquide est égoutté, gratter la biomasse et la déposer dans une passoire couverte d'un tissu de percal satiné. Après usage, le filtre doit être lavé soigneusement, le plus vite possible, puis séché à l'abri du soleil. On dépose ensuite la spiruline bien enveloppée dans le tissu sur la partie grillagée de la presse. On presse la spiruline jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de liquide, tout en évitant de faire éclater les cellules et que la spiruline prenne une teinte noirâtre. Une fois pressée, la pâte de spiruline contient environ 25% en poids de matière sèche. Son poids peut ensuite être réduit de ¾ par séchage. Le séchage doit être mené le plus rapidement possible, de préférence en moins de 6 heures. Si l'on utilise un séchoir chauffé, il y a lieu d'éviter de dépasser les 60°C pour ne pas détruire les vitamines et acides gras essentiels contenus dans la spiruline récoltée. Pour faciliter son séchage, la pâte de spiruline peut être extrudée sous forme de filaments (genre spaghettis), déposés sur une grille et ensuite séchés par ventilation à l'abri de la lumière du soleil. Le séchage est une bonne technique de conservation de la spiruline à long terme. La pâte de spiruline fraîche doit être d'un vert assez sombre, pratiquement sans odeur et sans goût. Une teinte bleue-rougeâtre indique un pressage trop violent, ou une durée de conservation dépassée (dans ce dernier cas, elle dégage une odeur d'œuf pourri). Une spiruline sèche de bonne qualité doit être d'un vert assez sombre, d'une odeur caractéristique (algue / champignon) peu prononcée et d'un goût faible. Une teinte bleu turquoise indique une forte exposition à la lumière (sans danger, mais qualité nutritionnelle fortement diminuée). Afin d'éviter une lente détérioration du milieu de culture, ainsi que pour compenser le carbone absorbé par la spiruline, on procède au renouvellement régulier d'une fraction voulue du liquide de culture. A espace régulier, notamment après plusieurs mois, il y a lieu de nettoyer les bassins en retirant les boues du fond. Le milieu ainsi perdu doit bien entendu être remplacé par du milieu neuf. Le procédé de l'invention se caractérise notamment par une étape de mise en dormance de la spiruline avant que la température extérieure ne baisse à un point tel qu'on risque le gel des bassins. On prélève alors un volume de prélèvement du milieu de culture et on le remplit dans un réservoir ad hoc équipé d'une agitation interrompue (quelques heures la journée et quelques heures la nuit) et placé dans des conditions de luminosité réduite par rapport à un ensoleillement d'intensité normale généralement supporté par ladite souche en période de reproduction, on maintien ledit volume de prélèvement à une température de l'ordre de 13-14 °C, à un pH d'environ 10, en alimentant le volume de prélèvement tous les 7 jours environ avec 10 %, du volume de prélèvement d'une composition comportant environ 1 g / L de sel de mer, 6 g / L de bicarbonate de sodium, 2,5 g / L de nitrate de potassium, 1 g / L de sulfate de potassium et / ou sulfate de magnésium, et environ 3 g / L de carbonate de sodium et / ou de calcium. On a constaté qu'il est avantageux de baisser la température du milieu de culture graduellement, de l'ordre de 1 °C sur 5 jours. L'éclairage peut être généré par des néons Coolwhite. L'éclairage suit les heures du jour. Par exemple, jusqu'au 21 décembre, on diminue le nombre d'heure d'éclairage puis, après le 21 décembre, on l'augmente afin de suivre le coucher et le lever du soleil. La spiruline en dormance est nourrie une fois par semaine avec la formule de dormance susmentionnée jusqu'à ce qu'il fasse assez chaud pour la remise en culture dans les bassins sous serre. L'urée et le fer sont ajoutés à chaque jour en période de production et une fois par mois en période de dormance. Après la période de dormance, on repasse progressivement à la période de reproduction.

Claims

1. Procédé de culture de spiruline (Arthrospira platensis) sous climat tempéré ou nordique, comportant une période de reproduction d'une souche de spiruline et une période de dormance de ladite souche de spiruline lorsque la température de nuit d'un bassin de culture tombe sous la limite de 17 °C, dans lequel en vue de la mise en dormance de ladite souche de spiruline on prélève un volume de prélèvement d'un milieu de reproduction de ladite souche, on place celui-ci dans un milieu de culture et dans des conditions de luminosité réduite par rapport à un ensoleillement d'intensité normale généralement supporté par ladite souche en période de reproduction, pendant des périodes de luminosité alternant avec des périodes d'obscurité, on maintient ledit volume de prélèvement à une température comprise entre 5 et 20 °C sous une agitation réduite par rapport à l'agitation en période de reproduction, à un pH d'au moins 9 en alimentant le volume de prélèvement tous les 4 à 7 jours avec 5 – 15 % du volume de prélèvement d'une composition comportant environ 1 g / L de sel de mer, 6 g / L de bicarbonate de sodium, 2,5 g / L de nitrate de potassium, 1 g / L de sulfate de potassium et / ou sulfate de magnésium, et environ 3 g / L de carbonate de sodium et / ou de calcium.

2. Procédé de culture de spiruline selon la revendication 1, dans lequel les périodes de luminosité sont en registre avec les durées de jour de la période de dormance, et les périodes d'obscurité sont en registre avec les durées de nuit de la période de dormance.

3. Procédé de culture de spiruline selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la température du milieu de culture en période de dormance varie en fonction de la durée de la période de luminosité, la température étant plus basse lors de périodes de luminosité plus courtes.

4. Procédé de culture de spiruline selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, en période de dormance, le milieu de culture est agité par insufflation d'air à intervalles réguliers.

5. Procédé de culture de spiruline selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel, en période de dormance, on introduit de l'engrais dans le milieu de culture sous forme d'urée, environ une fois par mois, à une dose de 0,01 g / L à 1 g / L de volume de prélèvement.

6. Procédé de culture de spiruline selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel on introduit du fer dans le milieu de culture, une fois par mois, à une dose de 0,02 à 2 g / L de volume de prélèvement.

7. Procédé de culture de spiruline selon la revendication 6 dans lequel le fer introduit dans le milieu de culture est sous forme de chélate de fer.

8. Procédé de culture de spiruline selon la revendication 7 dans lequel le chélate de fer est sous forme de EDTA-FeNa.3H 2 O.

9. Procédé de culture de spiruline selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel on effectue une purge du milieu de culture consistant en une séparation de la spiruline et des boues.

10. Procédé de culture de spiruline selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel on réactive la souche de spiruline après une période de dormance en augmentant progressivement la luminosité, la température du milieu de culture, la concentration en sels jusqu'à une fréquence d'une fois par jour en période de reproduction.

11. Procédé de culture de spiruline selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, dans lequel on réactive la souche de spiruline après une période de dormance en augmentant progressivement la luminosité, la température du milieu de culture, la concentration en sels et en urée ainsi que la fréquence d'alimentation en urée jusqu'à une fréquence d'une fois par jour en période de reproduction.