Les amylases sont des enzymes hydrolases capables de catalyser la dégradation de l’amidon, un polysaccharide végétal abondant, en unités de sucres simples comme le maltose, le glucose ou les dextrines. Elles figurent parmi les enzymes les plus utilisées dans les industries biotechnologiques. Grâce à leur efficacité, leur adaptabilité et leur origine variée (bactérienne, fongique, végétale ou animale), les amylases occupent une place essentielle dans des secteurs aussi divers que l’agroalimentaire, la fabrication de bioéthanol, le textile, le papier, les détergents ou encore la pharmaceutique. Cet article présente un panorama complet de leurs fonctions, leurs types, leurs sources et leurs multiples usages industriels.
Classification et mécanismes d’action des amylases
Les amylases sont principalement classées en trois grandes catégories selon leur mode d’action enzymatique :
1. Amylases alpha (α-amylases)
Ce sont des endoenzymes qui attaquent les liaisons α-1,4-glycosidiques au sein de la chaîne d’amidon. Elles génèrent un mélange de glucose, maltose et dextrines. Elles sont thermostables et largement utilisées dans les industries nécessitant des températures élevées.
2. Amylases bêta (β-amylases)
Ce sont des exoenzymes qui libèrent le maltose à partir des extrémités non réductrices de la chaîne d’amidon. Elles sont plus fréquentes dans les plantes, mais aussi présentes chez certaines bactéries.
3. Amylases glucoamylases (γ-amylases)
Elles catalysent l’hydrolyse successive des liaisons α-1,4 et α-1,6, permettant une libération complète du glucose. Elles sont très utiles dans les processus où une conversion complète de l’amidon en glucose est nécessaire, comme pour la production de sirops.
Sources de production industrielle
Les amylases utilisées industriellement sont principalement produites par fermentation microbienne, notamment à partir de Bacillus subtilis, Aspergillus niger, Bacillus licheniformis, ou encore Thermomyces lanuginosus. Ces microorganismes permettent une production en grande quantité, une meilleure purification et une adaptation spécifique à chaque application industrielle.
Des techniques de génie génétique et d’expression hétérologue sont souvent utilisées pour améliorer leur stabilité, activité ou tolérance aux conditions extrêmes (température, pH, solvants organiques).
Applications industrielles des amylases
Industrie agroalimentaire
L’utilisation des amylases dans l’industrie alimentaire est la plus ancienne et la plus développée. Elles interviennent dans :
– La panification :
Les amylases dégradent l’amidon de la farine en sucres fermentescibles, favorisant la croissance des levures, le dégagement de CO₂ et l’augmentation du volume de la pâte. Elles améliorent également la texture, la couleur et la durée de conservation du pain.
– La fabrication des sirops de glucose et de fructose :
Les amylases sont utilisées pour hydrolyser l’amidon du maïs, du blé ou du manioc en glucose. Ensuite, le glucose est transformé en fructose par des isomérases, ce qui donne les sirops de glucose-fructose, largement utilisés dans les boissons et confiseries.
– La production de bière :
Pendant la saccharification, les amylases naturelles du malt ou ajoutées exogènement permettent la conversion de l’amidon des céréales en sucres fermentescibles, essentiels à la fermentation alcoolique par les levures.
– L’industrie laitière :
Certaines amylases sont utilisées pour la fabrication de produits laitiers fermentés et la prévention du gélatinage des amidons ajoutés dans les yaourts aromatisés ou les crèmes desserts.
Production de bioéthanol
Les amylases sont essentielles dans la conversion de la biomasse riche en amidon (maïs, manioc, pomme de terre) en bioéthanol. Elles permettent :
– La liquéfaction : grâce aux α-amylases thermostables qui fragmentent les longues chaînes d’amidon à haute température.
– La saccharification : réalisée par les glucoamylases qui transforment les dextrines en glucose.
– La fermentation : le glucose obtenu est ensuite fermenté par des levures pour produire de l’éthanol. Cette technologie est un pilier des biocarburants de première génération.
Industrie des détergents
Les amylases sont incorporées dans les formulations de lessives enzymatiques pour éliminer les taches riches en amidon (sauces, féculents, etc.). Elles dégradent ces résidus en sucres solubles qui sont facilement rincés par l’eau. Les amylases utilisées ici doivent résister aux détergents, aux agents oxydants et à des températures variées.
Industrie textile
Les amylases sont utilisées dans les procédés de désencollage des textiles. Lors du tissage, l’amidon est souvent appliqué comme apprêt sur les fils pour éviter leur casse. Les amylases éliminent cet apprêt sans endommager les fibres, contrairement aux produits chimiques agressifs.
Ce traitement enzymatique est plus respectueux de l’environnement, permet d’économiser de l’eau et réduit l’utilisation de solvants.
Industrie papetière
Dans la fabrication du papier, les amylases permettent de réduire la viscosité des amidons utilisés comme agents de surface ou de collage. Cela améliore l’application uniforme des couches et optimise les propriétés mécaniques du papier (résistance, flexibilité).
Elles sont également utilisées pour réduire les bouchons de pâte dans les circuits de production grâce à leur action de fluidification.
Industrie pharmaceutique
Les amylases sont utilisées pour :
– Produire des formes galéniques à libération modifiée en dégradant les matrices amidonnées
– Améliorer la biodisponibilité de certains médicaments
– Intervenir dans le diagnostic médical (dosage de l’amylase pancréatique ou salivaire)
– Servir de modèle d’étude pour certaines pathologies digestives
Des amylases recombinantes humaines sont également utilisées dans le traitement de troubles digestifs (ex. : insuffisance pancréatique).
Immobilisation et ingénierie des amylases
L’immobilisation enzymatique consiste à fixer l’amylase sur un support pour en faciliter la récupération et la réutilisation. Cela améliore aussi sa stabilité thermique et sa résistance au pH. Les supports utilisés incluent la silice, les polymères poreux, les billes d’alginate ou de chitosane.
Parallèlement, les avancées en ingénierie enzymatique permettent de modifier la structure des amylases pour :
– accroître leur activité
– élargir leur spectre de substrats
– renforcer leur stabilité à des températures extrêmes ou en présence de solvants
– améliorer leur rendement dans des milieux industriels complexes
Défis et perspectives
Les principaux défis liés à l’utilisation industrielle des amylases incluent leur coût de production, leur sensibilité aux conditions extrêmes et leur efficacité variable selon les sources d’amidon.
Cependant, les avancées en biotechnologie, notamment les techniques d’évolution dirigée, la synthèse génique, et la production par fermentation optimisée permettent de produire des amylases plus performantes et adaptées aux exigences industrielles.
De nouvelles perspectives émergent également dans le domaine des bioplastiques, de la conversion enzymatique de la biomasse lignocellulosique, ou encore dans les technologies d’emballage intelligent.
Conclusion
Les amylases sont des enzymes essentielles dans de nombreuses industries. Leur polyvalence, leur efficacité biologique et leur compatibilité avec les procédés durables en font des outils clés pour une bioéconomie en plein essor. Grâce aux progrès de la biotechnologie, leur rôle dans la transition vers des processus plus écologiques et économiquement viables ne cessera de croître.