Biovalorisation du petit lait en 2,3-butanediol par fermentation

par David Fernandez Gutierrez

Thèse de doctorat en Génie chimique

Soutenue le 27-06-2018

à Lyon en cotutelle avec l'Université de Sherbrooke (Québec, Canada) , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon) , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (Villeurbanne, Rhône) (laboratoire) .

Le président du jury était Claude Descorme.

Le jury était composé de Anne Giroir-Fendler, Michèle Heitz, Nathalie Faucheux, Antonio Avalos Ramirez.

Les rapporteurs étaient Luc Malhautier, Jose Luis Valverde Palomino.


  • Résumé

    Le lactosérum est un résidu liquide laitier qui a lieu pendant la fermentation du fromage. Il est composé par lactose (le solide principal de substance sèche), protéines, vitamines et minéraux. À cause de ces éléments, sa demande biologique et chimique d’oxygène (DBO) et (DCO) est grande (30 < DBO < 50 g/L; and 60 < DCO < 80 g/L). Il est nécessaire donc de traiter le lactosérum avant d’en jeter dans les lacs, les rivières, etc. La valorisation du lactosérum par des bactéries est d’un grand potentiel technique non seulement pour la réduction de DBO et DCO mais aussi pour obtenir des produits comme le 2,3-butanediol (2,3-BD). Des bactéries comme Enterobacter cloacae, Klebsiella pneumoniae et Paenibacillus polymyxa consomment et transforment des saccharides comme lactose en 2,3-BD. Il en est d’autres, comme Escherichia coli, qui doivent être génétiquement modifiées car elles n’ont pas le chemin enzymatique pour produire 2,3-BD. De cette manière l’objectif principal de cette recherche est celui de tester l’habilité d’une souche génétiquement modifié d’E. coli pour transformer le lactose (un disaccharide) en 2,3-BD afin de savoir le potentiel du lactosérum comme une source de lactose. La souche d’E. coli JFR12 (ECGM12) a été utilisée pour fermenter trois concentrations de glucose, galactose et lactose (12.5, 25 and 50 g/L) enrichirent M9. Le rendement de 2,3-BD le plus grand (36% environ, g 2,3-BD/g saccharide) fut obtenu en présence de 25 g/L de glucose et lactose; quoique l’usage de n’importe quelle concentration de galactose produisît des rendements plus pauvres de 2,3-BD. En plus, 2 mélanges de glucose-galactose ont été testés (1:1, w/w) à une concentration finale du 25 et 50 g/L de mélange. Les rendements de 2,3-BD obtenus ont été très similaires à les obtenus avec du galactose comme l’unique source de carbone. Par conséquent, une hypothèse a été formulée: l’usage de galactose entrave la formation de 2,3-BD, alors que les enzymes impliquent dans l’hydrolyse du lactose pourraient neutraliser l’effet du galactose et de cette manière, les rendements de 2,3-BD ont pu être hauts

  • Titre traduit

    Biovalorization of whey into 2.3 butanediol by fermentation


  • Résumé

    Whey is a dairy effluent generated during the cheese manufacturing. Its composition presents lactose (the main solid of dry matter), proteins, vitamins and minerals. Due to these compounds, its biological (BOD) and chemical oxygen demand (COD) are high (30 < BOD < 50 g/L; and 60 < COD < 80 g/L). Therefore, it is necessary to treat the whey before releasing it into lakes, rivers, etc. The valorization of whey by bacteria is a potential technique not only for reducing the BOD and COD, but also to obtain products like 2,3-butanediol (2,3-BD). Bacteria like Enterobacter cloacae, Klebsiella pneumoniae and Paenibacillus polymyxa consume and transform saccharides like lactose into 2,3-BD. Other bacteria such as Escherichia coli have to be genetically modified since they do not possess the enzymatic pathway to produce 2,3-BD. In this way, the main objective of this research is to test the ability of a genetically modified strain of E. coli to transform lactose (a disaccharide) into 2,3-BD in order to know the potential of whey as a lactose source. In this way, the E. coli JFR12 (ECGM12) was used to ferment three concentrations of glucose, galactose and lactose (12.5, 25 and 50 g/L) supplemented M9. The highest 2,3-BD yield (around 0.36 g 2,3-BD/g saccharide) was obtained in the presence of 25 g/L of glucose and lactose; whereas the use of whatever galactose concentration provided poorer yields of 2,3-BD compared to those obtained using glucose and lactose. Moreover, 2 mixture of glucose-galactose was tested (1:1, w/w) at a final concentration of 25 and 50 g/L of mixture. The 2,3-BD yields obtained were very similar to those using galactose as a sole carbon source. Therefore, it was hypothesized that galactose impedes the formation of 2,3-BD, whereas enzyme involved in the lactose hydrolysis might counteract the effect of galactose, leading to high 2,3-BD yields



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