Design d'un bioprocédé pour la valorisation des résidus d'agave pour la production de molécules plateforme

• Auteur / Autrice : Lauren alejandrina Manzanero hoyos
• Direction : Cédric Brandam, Claire Joannis-Cassan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
• Date : Soutenance le 17/11/2020
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie chimique (Toulouse ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Patricia Taillandier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cédric Brandam, Claire Joannis-Cassan, Behnam Taidi, Anne Gschaedler Mathis, Pierre Fontanille
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Behnam Taidi, Anne Gschaedler Mathis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Procédés chimiques

Bagasse

Xylitol

Lactique, Acide

Mots clés libres

Co-fermentation

Bioraffinerie

Acide lactique

Xylitol

Mélange de sucres

Bagasse d'agave

Co-fermentation

Biorefinery

Lactic acid

Xylitol

Mixed sugars

Agave bagasse

Résumé

Le concept de bioraffinerie a été évoqué pour la première fois à la fin des années 80 comme une proposition pour faire face au changement climatique et à la crise pétrolière dans le monde. Cependant, à ce jour, plusieurs problématiques empêchent les bioraffineries de devenir compétitives sur le marché. Dans ce travail, nous nous concentrons sur deux problématiques apparues au fil des années : 1) L'utilisation du hydrolysat lignocellulosique sans passer par une étape de séparation des monomères de type C5 et C6 et, 2) la production de diverses molécules à valeur ajoutée afin de minimiser les coûts d'investissement et être compétitif avec les molécules obtenues à partir du pétrole. La matière première sur laquelle on se centre est un milieu modèle de bagasse d’agave. En effet, la production des boissons alcooliques à base d’agave augmente chaque année en générant jusqu’à 40 % des résidus par litre produit. La stratégie présentée lors de ce travail a été la conception d’un procédé pour la production des deux métabolites à valeur ajoutée, chacun issu d’un type de sucre dans le mélange. Pour chaque métabolite, une souche a été sélectionnée en fonction du rendement, de la productivité et de sa capacité à être cultivée dans des conditions de fermentation compatibles avec l'autre souche. Avec ces critères, des souches de Candida guillermondii et Corynebacterium glutamicum ont été choisies. Trois propositions différentes de processus de fermentation ont été testées : mixte, séquentielle et séquentielle avec élimination du premier microorganisme. C. glutamicum a produit de l'acide lactique à un rendement de 1,3 mol/mol après 48 h de culture. Les conditions de fermentation proposées pour la production de xylitol par C guilliermondii dans un milieu avec un mélange de sucres et d'acide lactique produit dans la première étape de la fermentation séquentielle sont: 0,1 vvm, pH initial ajusté à 7 sans régulation. Dans ces conditions, le xylitol a été produit avec un rendement de 0,63 mole/mole après 63 h de culture.

The concept of Biorefinery first appeared in the late 1980s as a plan to cope with climate change and the oil crisis in the world. However, several issues keep biorefineries from becoming competitive in the market. In this work, we focused on two issues resurfaced over the years to overcome them and be competitive in the market. These are: 1) The use of the lignocellulosic hydrolysates without subsequent C5 and C6 sugars separation stages and, 2) The production of multiple value-added molecules to minimize investing costs and be competitive against the molecules obtained from oil. The raw material we focus on is a model medium of agave bagasse. In fact, the production of alcoholic agave-based beverages increases each year, generating up to 40% of residues per liter produced. The strategy presented during this work would be the conception of a process for the production of two value-added metabolites, each coming from a type of sugar in the mixture. For each metabolite, one strain has been selected based on yield, productivity and its ability to be cultivated in compatible fermentation conditions with the other strain. With these criteria, strains of Candida guillermondii and Corynebacterium glutamicum were chosen. Three different propositions of fermentation processes were tested: mixed, sequential, and sequential with the removal of the first microorganism. C. glutamicum produced lactic acid at a yield of 1.3mol/mol after 48 h of culture. Proposed fermentation conditions for xylitol production by C guilliermondii in a media with a mix of sugars and lactic acid produced in the first stage of the sequential fermentation are: 0.1 vvm, initial pH adjusted at 7 without regulation. Under these conditions xylitol was produced at a yield of 0.63 mol/mol after 63 h of culture.