Dépollution d'effluents gazeux halogénés par des microorganismes déshydratés en réacteur solide/gaz : étude de la stabilité du biocatalyseur

Dehalogenation of gaseous effluents by dehydrated whole cells in a solid/gas reactor : study of the stability of the biocatalyst

• Auteur / Autrice : Pierre Marchand
• Direction : Marie-Dominique Legoy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie, enzymologie, microbiologie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : La Rochelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biotechnologie appliquée à l'environnement

Composés organiques volatils

Acidification

Enzymes

Résumé

L’objectif de ce travail était de déterminer et quantifier les phénomènes impliqués dans la perte de stabilité d’un catalyseur préparé à partir de cellules entières déshydratées et utilisé pour la déhalogénation directe et en continu de COV gazeux. L’étude de l’instabilité du biocatalyseur a révélé que (i) les bactéries ne résistent que 6 heures aux conditions de réaction (température, aw) mais queLa perte de vitesse catalytique n’est pas liée à cette forte mortalité (ii) les substrat et produit organiques de la « réaction modèle » (1 chlorobutane et 1 butanol) ne recondensent pas sur le lyophilisat et n’inactivent pas l’hydrolyse du 1 chlorobutane (iii) l’importante réhydratation du lyophilisat entraîne la dénaturation thermique d’une partie des DhaA (iv) et le HCl produit et accumulé lors de la réaction inactive réversiblement le biocatalyseur. L’étude détaillée du biocatalyseur a permis de mettre en évidence que le comportement du biocatalyseur peut être expliqué par des différences de micro-environnement entre enzymes au sein d’un même lyophilisat. En effet, ce biocatalyseur complexe est composé de sels de tampon borate servant de support aux bactéries. Après réhydratation une partie des enzymes est fortement maintenue dans la matrice cellulaire et subit des dénaturations thermiques, et une autre est stabilisée au contact des sels du tampon borate. L’utilisation d’extraits cellulaires permet d’obtenir un lyophilisat stable durant plus de 1800 heures (75 jours). Le contact direct des DhaA avec les sels de tampon borate dés le début de la réaction permet d’éviter les dénaturations thermiques, mais aussi l’inhibition par le HCl.

The aim of this work was to determine and quantify phenomena involved in the loss of stability of a catalyst prepared from whole dehydrated cells and used for the direct and continuous dehalogenation of gaseous VOCs. The study of the biocatatalyst instability revealed that (i) whole cells stay alive only few hours with selected operational conditions (temperature, aw, salt buffer borate concentration) but that the dehalogenases performances are not linked to this strong mortality (ii) the organic substrate and product of the reaction (1 chlorobutane et 1 butanol) do not sorb on the catalytic bed and do not inactivate the hydrolysis in the gas phase (iii) the important rehydration of the catalyst is responsible of thermal denaturation of a part of DhaA at 40°C (iv) all the HCl producted is retained by the biocatalyst and consequently reversibly inactivate it. Observation of the biocatalyst highlights that the behaviour of the biocatalyst can be explained by the existence of two different micro-environments for the enzymes (DhaA). Indeed this complex biocatalyst contains 50% of borate buffer salts that act as support for dehydrated cells. During rehydration, part of DhaA remains in the cellular matrix environment and is denaturated and another part is stabilized by a direct contact with borate buffer salts. The lyophilised cellular extract show a stability of 1 800 hours (75 days). The direct contact between salt and DhaA allow to avoid thermal denaturations and inactivation by HCl accumulation.