Chapitre I
Généralités sur les coquilles d’œufs
En général, les coquilles d’œufs sont récupérées des déchets de restauration et de transformation des aliments. De nombreuses études ont été menées pour voir si les coquilles d’œufs peuvent être utilisées dans diverses applications, y compris l’engrais, les additifs alimentaires et l’adsorption de métaux lourds et de composés organiques dans l’eau.
La membrane de la coquille d’œuf est un composant d’un œuf qui contient des nutriments essentiels et est largement utilisée dans une variété de domaines, notamment l’agriculture, la biologie, la biomédecine et l’environnement. Elle est généralement une couleur rose-violet, et elle est composée d’une couche de protéines disposée de manière à former une membrane.
Certaines des propriétés inhabituelles de la membrane n’ont été découvertes que récemment. En raison de ses réseaux fibreux, il conserve également l’albumine et empêche la pénétration bactérienne. Cependant, des travaux supplémentaires sont nécessaires pour développer un procédé utilisable à l’échelle industrielle pour traiter les effluents de décontamination.
La coquille
Définition
L’extérieur de l’œuf est caractérisé par la coquille. Indépendamment de sa forme, la coquille de l’œuf a un comportement dit « fragile ». Celle-ci est synthétisée lors de la formation de l’œuf par un processus de minéralisation appelé calcification.
La coquille d’œuf de poule et ses membranes sont un déchet peu coûteux et abondant qui présente des caractéristiques intéressantes pour de nombreuses applications potentielles. La coquille d’œuf est formée principalement de carbonate de calcium (CaCO₃) et est largement utilisée comme aliment pour animaux, comme substitut de chaux (Ca(OH)2) ou comme engrais. De plus, les membranes de coquille d’œuf associées ont une teneur élevée en composants bioactifs, ainsi que des propriétés de rétention d’humidité et de biodégradabilité qui peuvent être utilisées pour des applications cliniques, cosmétiques, nutraceutiques et nano technologiques.
Les membranes de coquille d’œuf ont également été utilisées pour la biosorption des métaux lourds et des colorants et comme modèle pour synthétiser des nanoparticules métalliques. 8
Structure de la coquille
La structure de la coquille est similaire chez les différentes espèces d’oiseaux. La partie interne de la coquille correspond aux deux membranes coquillières constituées de fibres protéiques entrelacées qui limitent la diffusion du blanc. La partie minérale est ancrée sur des sites de nucléation, les noyaux mamillaires, en surface de la membrane externe. 9
La coquille a une ultra structure présenter comme une céramique polycristalline formé à basse température et constitué de carbonate de calcium d’un seul polymorphe, la calcite.
Les cristaux de calcite
La calcite est un minéral chimique ou biochimique composé de carbonate naturel de calcium de formule CaCO₃, avec des traces de Mn, Fe, Zn, Co, Ba, Sr, Pb, Mg, Cu, Al, Ni, V, Cr et Mo10.
Pendant très longtemps, la calcite n’était connue que sous son nom de spath calcaire ou de chaux carbonatée. Peut-être est-ce Hedinger qui lui a donné le nom de calcite sous lequel elle est maintenant universellement connue, ce n’est pas tout à fait sûr. Voici quelques-unes de ses propriétés physico-chimiques, représenté dans le tableau suivant. 10:
| Propriété physique | Propriété chimique |
| · Dureté : 3 | · Composition chimique : 100 % CaCO3 |
| · Couleur : incolore, blanche, jaune, brune, rouge, noire | · Eclate dans la flamme et libère le CO2 |
| · Trace : blanche | · Le CaO naissant colore la flamme en orange, bouillonne dans HCl |
| · Eclat : vitreux, nacré | · Nettoyage : à l’eau |
| · Densité : 2,6 à 2,8 | . |
| · Luminescence : blanche, jaunâtre, bleuâtre, rougeâtre, orange, verdâtre | |
| · Solubilité de la calcite dans l’eau douce à 20 °C : 40 à 85 ppm et dans l’eau de mer à pH 8,2 : 66 ppm. Pour la dolomie les valeurs sont respectivement 21 et 50 ppm. |
a) Calcification
La calcification est le processus normal ou anormal au cours duquel les tissus de l’organisme se durcissent, du fait d’un dépôt de sels de calcium.
La coquille d’œuf aviaire est une biocéramique poreuse qui se forme à température corporelle dans un environnement sans cellules. Sa formation est l’un des processus de calcification les plus rapides connus en biologie. La coquille d’œuf de poule terminée contient environ 6 g de minéraux qui se déposent au cours de son cycle de production quotidien. Les mécanismes de transport d’ions à travers la muqueuse utérine qui sous-tendent.
La coque minéralisée est composée à environ 96% de carbonate de calcium. Les composants restants comprennent la matrice organique (2%) ainsi que le magnésium, le phosphore et une variété d’oligo-éléments.
La coquille d’œuf présente un mélange important de ses phases organiques et inorganiques. Ce type d’organisation s’observe également dans d’autres matrices calcifiées (os, cartilage et émail dentaire, dentine et cément), où des éléments collagènes et non collagènes occlus sont présents en contact intime avec le minéral. Dans le liquide utérin acellulaire, à partir duquel ils sont incorporés dans la coquille calcifiante.11
Composition de la coquille d’œuf
La coquille de l’œuf d’oiseau et les membranes coquillières qui la support entreferment en moyenne 1,6% d’eau, 3,3 à 3,5% de matière organique et 95% de matière minérale.
La couche mamillaire
La couche mamillaire contribue au succès de l’embryogenèse en tant que source majeure de calcium; la région interne est composée de microcristaux de calcite disposés avec une texture sphéristique, qui facilitent la dissolution du minéral et la mobilisation du calcium pour nourrir l’embryon Environ 80% des besoins en calcium du poussin proviennent de la couche mamillaire avant l’éclosion, 13et toute variation de l’épaisseur de la coquille d’œuf peut affecter la quantité de calcium disponible .14Une réduction de l’épaisseur de la couche mamillaire peut être préjudiciable au développement embryonnaire.15
De plus, le nombre de cônes mamillaires a également le potentiel d’influencer l’absorption du calcium dans l’embryon en développement. 16
Couche palissadique
La couche palissadique est épaisse de 200 µm et représente 2/3 de l’épaisseur totale de la coquille. Elle se constitue par fusion des cônes adjacents issus de la couche mamillaire et elle est composée de minéraux (95%) et d’une faible proportion de matrice organique (2-3%). Elle est traversée par de nombreux pores, qui permettent les échanges gazeux entre l’intérieur et l’extérieur. Les pores sont nombreux, de 100 à 300 pores par cm² et forment des entonnoirs de 10 µm.
Dans cette zone, les cristaux se développent et forment une texture cristallographique. Seuls les cristaux perpendiculaires à la surface poursuivent leur croissance pour former la couche palissadique. Il se met donc en place une structure en colonne des cristaux qui prennent progressivement une orientation préférentielle. Cette zone contient beaucoup de vésicules. Il existe une relation entre la texture cristallographique et la résistance de la coquille d’œuf.
Dans la zone externe de la couche palissadique, il y a une structure moins élastique. Dans cette structure cristalline, la présence d’une matrice organique mince permet l’absorption des impacts externes et rend la propagation de fissure plus difficile. D’autre part, la région interne de la couche palissadique se compose de microcristaux de calcite grumeleux. Ceux-ci facilitent la propagation des fissures lors du bêchage du poussin.17
La couche superficielle des cristaux verticaux
Elle est déposée en surface de la couche palissadique. Il s’agit d’une couche monocristalline constituée de petits cristaux adjacents de calcite déposés verticalement en surface de la couche palissadique sous la cuticule.18
I.1.3.1 La Couche de pigments
Les pigments de la coquille d’œuf se déposent sur la coquille à la fin du processus de calcification. Les couleurs des coquilles des œufs bruns et des œufs blancs viennent des mêmes pigments, mais déposés à des taux différents dans la cuticule et les couches calcifiées extérieures de la coquille.
Les pondeuses commerciales pondent des œufs de couleur allant du blanc pur au beige crème jusqu’au brun clair et au brun soutenu.
Les différentes couleurs proviennent des combinaisons de nuances. Les principaux pigments de la coquille sont la protoporphyrine et la biliverdine; ils sont produits durant le métabolisme de l’hémoglobine, la molécule qui transporte l’oxygène dans les globules rouges. Ces pigments sont transportés par le sang depuis le foie jusqu’à l’utérus.18
Minéraux de la coquille
A’ l’inverse de la matière organique, la phase minérale n’est pas présente dans toutes les couches de la coquille. Le minéral de la coquille de l’œuf est très majoritairement constitué de carbonate de calcium ; ce dernier représente 98.4 % des minéraux de la coquille. Les 1.6% restant sont constitués de carbonate de magnésium et de phosphate de calcium.
Le carbonate de calcium
Existe naturellement sous trois formes polymorphiques cristallines différentes : l’aragonite, la calcite et l’artérite. Le carbonate de calcium contenu dans la coquille correspond uniquement à de la calcite. Il est formé à partir des ions calcium et carbonate sécrétés par l’utérus dans le fluide utérin. 20
Facteurs influencent la qualité de la coquille d’œuf
- l’âge des poules, plus les poules sont âgée plus les coquille sont fragiles, Le poids de l’œuf augmente avec l’âge des poules, du fait notamment d’un accroissement de la part de jaune. L’âge de la poule réduit la qualité de la coquille ainsi que les propriétés fonctionnelles des œufs. 21
- la quantité de l’apport de calcium alimentaire
| Age des poules (semaines) | 34/35 | 50/51 | 70/71 | |||
| (g) | (%) | (g) | (%) | (g) | (%) | |
| Œuf | 61 | 66 | 68 | |||
| Jaune | 16 | 26 | 19 | 29 | 20 | 29 |
| Coquille | 6,1 | 10 | 6,6 | 10 | 6,7 | 9,85 |
| Blanche | 39 | 63 | 41 | 61 | 41 | 61 |
| Rapport blanc/jaune | 2,4 | 2 ,2 | 2,1 | |||
- L’organisation raisonnée de l’élevage, comme le choix judicieux des horaires des repas et des programmes lumineux 22
La Cuticule
La couche extérieure de l’œuf est la cuticule : cette protection lipoprotéique est déposée sur l’œuf juste avant que celui-ci ne soit pondu. Elle protège l’œuf de la pénétration de l’eau et des bactéries qu’elle contient, au travers de la coquille. En effet, elle bouche certains pores de la coquille, mais pas tous.
Le lavage des œufs supprime la cuticule de l’œuf, le privant ainsi d’une barrière naturelle contre les microbes. En cas d’incubation artificielle, ceci aura de l’importance car la porosité de la coquille va augmenter et l’œuf perdra plus d’eau que la normale.
Il est étonnant de noter que dans la nature, la cuticule peut être éliminée partiellement ou totalement en cours de couvaison. Chez certains oiseaux sauvages, la cuticule sera enlevée par action mécanique, ce qui va augmenter la perte de poids en cours d’incubation par ailleurs, chez le canard mandarin, les scientifiques ont découvert que la bactérie Bacillus lichen formés, présente dans le nid, dégrade lentement la cuticule, ce qui augmente aussi la perte d’eau de l’œuf pendant la couvaison. 23
Cette couche est micro fondue en surface notamment au niveau des pores qui traversent la coquille et permettent les échanges gazeux entre l’œuf et les milieuxextérieur. Leur nombre varie de 7000 à 15000, avec une densité de 70 à 200 pores /cm². 24-25
Composition interne de l’œuf
Les principales parties internes de l’œuf sont le jaune ou vitellus, le blanc ou albumen, les membranes coquillières qui délimitent la chambre à air.
Chambre à air
Poche d’air au niveau de l’une des extrémités de l’œuf. Elle se situe entre les deux membranes coquillières. Elle n’apparaît qu’à la ponte ; cette poche d’air est la conséquence du choc thermique entre la température interne de la poule et la température extérieure qui subit l’œuf. Si l’œuf est fécondé, elle permettra au poussin de respirer durant son développement. 28
La membrane coquillère
Les membranes de la coquille sont résistantes et fibreuses et sont principalement composées d’une protéine similaire à celle des cheveux et des plumes.la membrane interne est plus mince que l’extérieur et ensemble, ils ne sont que d’environ 24 dix millièmes de pouce 0,00609 mm d’épaisseur.29
Il y a deux membranes de coquille présentes dans un œuf; la membrane de coquille interne, qui est en contact avec l’albumen, et la membrane de coquille externe, qui est en contact avec la coquille. Les deux membranes de coquille sont constituées de fibres protéiques qui forment une structure en forme de maille pour maintenir l’albumen en place et pour fournir une barrière à l’entrée des bactéries.
Les deux membranes de coquille adhèrent confortablement l’une à l’autre, sauf à la grande extrémité de l’œuf. Cela a une signification fonctionnelle pour la formation de la cellule à air. Lorsque l’œuf refroidit après la ponte, l’albumine et le jaune se contractent. La seule manière d’accommoder cette contraction est de séparer la membrane de coque interne de l’extérieur. Lorsque les deux membranes de coquille sont séparées dans la grande extrémité de l’œuf, une cellule à air se forme. La cellule à air continue de devenir plus grande à mesure que le contenu de l’œuf s’évapore pendant le stockage des œufs et / ou pendant l’incubation. Pendant le processus d’éclosion, l’embryon de poussin pénètre dans la membrane de la coquille interne avec son bec et entre en contact avec la cellule à air pour obtenir son premier souffle. 30
Le vitellus ou jaune
Le vitellus est une masse visqueuse, de couleur jaune orangé uniforme, constituée de nombreux globules lipidiques. Il est contenu à l’intérieur d’une très fine membrane appelée membrane vitelline. Celle-ci contient à sa surface des fibres connectées à la couche chalazifère. Au cours de la conservation, on note la disparition rapide de ces connexions. La masse totale du vitellus est composée de couches alternativement blanches et jaunes. 32
Le vitellus est également très riche en cholestérol. Rappelons que ces protéines sont d’origine hépatique et constituent la principale source nutritive de l’embryon. Son origine hépatique explique l’importance de l’alimentation tant pour la qualité et la quantité que pour la couleur du vitellus.33
La membrane vitelline
La membrane vitelline est de nature protéique ; elle entoure et contient le jaune. Elle a une épaisseur totale d’environ 10 µm et peut être divisée en trois couches : une couche médiane continue au centre comprise entre deux couches fibreuses que sont la couche interne (équivalent de la zona pellucida chez les mammifères) et la couche externe.
Certains auteurs évoquent la présence d’une quatrième couche, le zona radiata, située sous la couche interne fibreuse. Une étude protéomique a permis l’identification de 137 protéines présentes dans la membrane vitelline 34
Blanc d’œuf ou albumen
Principalement une solution aqueuse de protéines, 88% d’eau et 11% de protéines (un peu d’oses et de sels minéraux en plus).
L albumen représente 52% à 60% du poids de l’œuf ; essentiellement constitué de protéines. Comme: la glycoprotéine sauf le lysozyme.35 et la plus importante est l’ovalbumine.
L’ovalbumine
L’ovalbumine est la protéine la plus abondante du blanc d’œuf laquelle possède une importance vitale pour la santé et le bien-être de nombreux organismes.
C’est une glycoprotéine qui renferme quatre (4) groupements sulfhydriles S-H libres et deux (2) ponts disulfures. En plus, elle possède des propriétés intéressantes pour les industries agroalimentaire et pharmaceutique grâce à leur fonctionnement dans le corps humain qui permet de transporter les acides gras essentiels des tissus adipeux vers les tissus musculaires.36
Domaine d’utilisation des coquilles d’œuf
