Développement de nouveaux outils fongiques respectueux de l'environnement (écoprocédés) pour la production de pâtes chimiques blanchies de résineux

Development of new eco-friendly fungal tools to produce bleached softwood chemical pulp

• Auteur / Autrice : Holy Ravalason
• Direction : Jean-Claude Sigoillot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé. Microbiologie moléculaire et biotechnologie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 1
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Provence. Section sciences

Mots clés

Mots clés contrôlés

Papier -- Industrie et commerce

Pâte à papier -- Procédé au sulfate

Résumé

Les biotechnologies peuvent être utilisées dans le domaine de l'industrie papetière comme alternatives aux procédés chimiques de production de pâtes à papier. Dans le cadre de ces travaux de thèse nous avons souhaité exploiter les avancées technologiques dans le domaine de la génomique et de l'ingénierie des protéines pour améliorer les procédés biotechnologiques appliqués à la production et au blanchiment de pâtes chimiques. Dans une première partie, le secrétome du Basidiomycète Phanerochaete chrysosporium, cultivé sur copeaux de bois de résineux en conditions de biopulping, a été analysé. Une approche protéomique a été choisie, en exploitant le génome de ce champignon. L'analyse protéomique a révélé la production de différentes enzymes impliquées dans la biodégradation des constituants du bois. La sécrétion de certaines des enzymes identifiées a été démontrée pour la première fois. Les copeaux de bois traités ont par la suite été soumis à un procédé de mise en pâte chimique (procédé kraft) et à un blanchiment au dioxyde de chlore. Le traitement fongique a conduit à une augmentation du rendement en pâte kraft, accompagnée d'une augmentation de la blancheur finale de la pâte produite et d'une diminution de la consommation en réactifs de blanchiment. Ces effets peuvent être partiellement expliqués par une production d'enzymes spécifique de dégradation du bois. Dans la deuxième partie de ces travaux, la laccase du Basidiomycète Pycnoporus cinnabarinus a été modifiée par fusion à un module de fixation aux carbohydrates (CBM) fongique. La laccase-CBM obtenue a pu être produite chez Aspergillus niger, et ses capacités de fixation à un substrat cellulosique et à des fibres de pâte kraft de résineux ont été évaluées. La laccase-CBM a été comparée à la laccase de P. Cinnabarinus dans des essais de délignification et de blanchiment d'une pâte kraft de résineux, en présence d'un médiateur d'oxydoréduction (hydroxybenzotriazole). La présence du CBM a permis d'améliorer la biodélignification de la pâte kraft étudiée par la laccase, conduisant à une diminution de la charge enzymatique, une augmentation de la blancheur finale de la pâte, une diminution de la consommation en dioxyde de chlore et une préservation des propriétés mécaniques des fibres. Des analyses microscopiques ont révélé une pénétration de la laccase-CBM dans la paroi des fibres, et sa rétention au sein des fibres à la fin du traitement enzymatique.

Biotechnologies can be applied to paper industry as an alternative to chemical processes for pulp and paper production. In this work advances in genomic and protein engineering were used to improve biotechnological processes applied to chemical pulps production and bleaching. In the first part of this work, the Phanerochaete chrysosporium secretome, grown on softwood chips under biopulping conditions was analysed. A proteomic approach was chosen, using the P. Chrysosporium genome. Proteomic analysis revealed the production of several enzymes involved in wood biodegradation. The secretion of some of the identified enzymes was demonstrated for the first time. Biotreated wood chips were further submitted to kraft cooking and chlorine dioxide bleaching. Fungal treatment led to an increase of pulp yield, as well as an increase of pulp final brightness and a decrease in chlorine dioxide consumption. These effects could be partially explained by the production of specific wood-degrading enzymes. In the second part, Pycnoporus cinnabarinus laccase was fused to a fungal carbohydrate binding module (CBM). The laccase-CBM was produced in Aspergillus niger, and binding capabilities of the enzyme on a cellulosic substrate and on softwood kraft pulp fibers were evaluated. Laccase-CBM and P. Cinnabarinus laccase were compared for their softwood kraft pulp biobleaching potential, in the presence of a redox mediator (hydroxybenzotriazole). The presence of the CBM could improve pulp biodelignification with laccase, leading to a decrease in the enzymatic charge, an increase of pulp final brightness, a decrease in chlorine dioxide consumption and a preservation of pulp mechanical properties. Microscopic examinations revealed a penetration of the laccase-CBM in the fiber wall, and retention of the enzyme inside the pulp fibers at the end of the enzymatic treatment.