Vers une nouvelle voie de valorisation de la drêche de brasserie : étude de la solubilisation de la drêche pour la production de produits d'hygiène personnelle plus durables

RÉSUMÉ : Le nombre de microbrasseries au Québec a considérablement augmenté au cours des dernières années, augmentant de plus de 700 % de 2002 à 2020. En conséquence, une quantité de plus en plus importante de coproduits est générée. Notamment, la drêche de brasserie représente environ 85 % du total des coproduits, mais reste un résidu important et sous-évalué, sa principale utilisation actuelle étant comme composant de l'alimentation animale. D'ailleurs, la demande pour la drêche pour cette application est déjà inférieure à l'offre disponible et la distance entre les brasseries et les fermes d'élevage est un facteur limitant. Cette étude propose une nouvelle utilisation de la drêche comme matière première pour la production de microbilles biodégradables pour les produits d'hygiène personnelle. La méthodologie est inspirée d'un processus préexistant pour la production de microbilles à partir de solutions de 3 à 7 % massique en cellulose purifiée. Ce projet permet de réduire la teneur en cellulose purifiée à 2 % massique, obtenant plutôt la matière solide requise directement à partir de la matrice lignocellulosique de la drêche. La nature composite des billes résultantes leur confère de meilleures propriétés mécaniques, permettant leur utilisation comme particules exfoliantes dans les savons et gommages. Cette application envisagée est validée par la mise à l'échelle pilote du procédé et une évaluation technico-économique de la méthode (Chapitre 4). Au cours des dernières décennies, les produits d'hygiène personnelle ont été formulés avec des microbilles de plastique synthétiques, qui ont été liées à la pollution des écosystèmes aquatiques, à la bioaccumulation dans les organismes marins et au transfert vers des niveaux trophiques supérieurs de la chaîne alimentaire. En conséquence, leur production et leur vente ont récemment été interdites dans de nombreux pays, dont le Canada, d'où l'intérêt de développer des microbilles biodégradables à partir de la drêche (Chapitre 2). Autrement, une deuxième méthode permet la mise en solution complète de la drêche. Le produit final de cette méthode a aussi le potentiel d'être utilisé comme exfoliant physique dans les produits d'hygiène personnelle, même si les particules obtenues comme produit final manquent de sphéricité et d'uniformité (Chapitre 3). Globalement, cette étude permet de faire d'une pierre deux coups en offrant une nouvelle utilisation au principal résidu de l'industrie brassicole en développant une solution alternative aux microbilles de plastique conventionnelles. -- Mot(s) clé(s) en français : drêche de brasserie, cellulose, microbilles, biodégradable, chimie verte. --
\nABSTRACT : The number of microbreweries in Quebec has grown significantly over the past several years, increasing by more than 700% from 2002 to 2020. Consequently, an increasing quantity of co-products is generated. Brewer's spent grain (BSG) represents approximately 85% of the total co-products but is an undervalued residue, as it is primarily used as an animal feedstock. This use is logistically challenging, as wet BSG has a short shelf-life and breweries are often at an inconvenient distance from animal husbandry farms. Moreover, the demand for BSG as an animal feedstock is lower than the supply available. This project proposes a novel use for BSG as the starting material for biodegradable, exfoliating microbeads. The methodology is inspired by a process for the production of cellulose microbeads, which uses 3 to 7 wt% purified, pretreated cellulose in the beads' formulation. The protocol presented herein reduces this to 2 wt% and the remaining required solid matter is directly obtained from the lignocellulosic matrix of humid BSG. The resulting composite nature of the beads grants their superior mechanical strength and stability, allowing for their use as exfoliating particles in soap and other personal hygiene products. This envisioned application for the microbeads is further validated by the scale-up of the protocol and a technoeconomic assessment of the method (Chapter 4). Over the past few decades, exfoliating personal hygiene products have been formulated with synthetic plastic microbeads, which have been linked to the pollution of aqueous ecosystems, bioaccumulation in marine organisms, and transfer to superior trophic levels of the food chain. As a result, their production and sale have recently been banned in many countries, including Canada; hence the interest in developing a biodegradable alternative for exfoliating microbeads from BSG (Chapter 2). Otherwise, a second method described herein allows for the one-pot complete dissolution of BSG. The final product of this method has the potential to be used as a physical exfoliant in personal hygiene products, even though these particles lack sphericity and batch uniformity (Chapter 3). Overall, this study simultaneously yields a novel use for the primary residue of an ever-growing industry and provides an ecological alternative to conventional plastic microbeads. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Brewer's Spent Grain, Cellulose, Microbeads, Biodegradable, Green Chemistry.

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