Développement de stratégies chimiques et enzymatiques innovantes pour la transformation de la chitine

Development of innovative chemical and enzymatic strategies for chitin transformation

• Auteur / Autrice : Gaël Huet
• Direction : Albert Nguyen Van Nhien, Caroline A. Ahad Hadad
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique. Chimie fine
• Date : Soutenance le 31/05/2021
• Etablissement(s) : Amiens
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Glycochimie des Antimicrobiens et des Agro-ressources (Amiens)
• Jury : Président / Présidente : Sandrine Bouquillon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jordane Jasniewski, Éric Husson
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sandrine Bouquillon, Micheline Draye

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chimie verte

Mots clés libres

Chitine

Chitosane

Enzymologie

Chitin

Green chemistry

Chitosan

Enzymology

Résumé

La chitine est le second biopolymère le plus répandu sur terre après la cellulose. On la retrouve essentiellement dans les crustacés, les insectes et les champignons. Actuellement, ce polysaccharide est majoritairement extrait des carapaces de crustacés dont le procédé comprend deux étapes importantes : la déminéralisation et la déproteinisation. Bien qu'efficace, cette méthode reste à ce jour polluante, énergivore et chronophage. Dans ce manuscrit, nous nous sommes focalisés sur les deux sources de crustacés et d'insectes. Cette dernière a été dictée par l'émergence et le développement de la bioraffinerie de l'insecte. En effet, les cuticules d'insectes possèdent la particularité d'être naturellement pauvres en minéraux (<6% vs 30-50% dans le cas des crustacés) permettant ainsi de nous affranchir de l'étape de déminéralisation. En plus de son abondance élevée, la chitine est dotée de propriétés physicochimiques et biologiques exceptionnelles. Toutefois, ce biopolymère semi-cristallin possède un réseau de liaisons hydrogène qui lui confère un caractère récalcitrant réduisant considérablement les champs d'applications potentielles. La valorisation de ce polymère en produits à haute valeur ajoutée nécessite alors au préalable une étape de prétraitement chimique/mécanique. Les travaux reportés dans ce mémoire sont basés sur la solvatation partielle de biomasses brutes de chitine (crustacés, insectes) et de chitines purifiées (>90%) en milieu non conventionnel de type liquide ionique. En fonction de leurs propriétés physicochimiques, de leur cytotoxicité et de l'application visée, trois familles de LIs ont été choisies : les liquides ioniques à base de noyau imidazolium (ILs), les liquides ioniques zwitterioniques (ZILs) et les solvants eutectiques profonds (DES). L'impact de ces prétraitements sur la structure supramoléculaire de la chitine est décrit et nous avons alors mis en évidence, dans certain cas, une rupture du réseau cristallin. Une meilleure accessibilité aux fibres par les enzymes (hydrolyse enzymatique de la chitine) ou par la soude (désacétylation de la chitine) a également été démontrée

Chitin is the second most common biopolymer on earth after cellulose. It is mainly found in crustaceans, insects and fungi. Currently, this polysaccharide is mainly extracted from crustacean shells. The process includes two important steps: demineralization and deproteinization. Although efficient, this method remains polluting, energy consuming and time consuming. In this manuscript, we focused on the two sources of crustaceans and insects. The latter was dictated by the emergence and development of the insect biorefinery. Indeed, insect cuticles have the particularity of being naturally low in minerals (<6% vs 30-50% in the case of crustaceans) allowing us to free ourselves from the demineralization step. In addition to its high abundance, chitin has exceptional physicochemical and biological properties. However, this semi-crystalline biopolymer has a network of hydrogen bonds which gives it a recalcitrant character that considerably reduces the fields of potential applications. The valorization of this polymer into high added value products requires a chemical/mechanical pre-treatment step. The work reported in this thesis is based on the partial solvation of raw chitin biomasses (crustaceans, insects) and purified chitins (>90%) in non-conventional media of ionic liquid type. Depending on their physicochemical properties, cytotoxicity and intended application, three families of LIs were chosen: imidazolium core-based ionic liquids (ILs), zwitterionic ionic liquids (ZILs) and deep eutectic solvents (DES). The impact of these pretreatments on the supramolecular structure of chitin is described and we have then highlighted, in some cases, a disruption of the crystal lattice. A better accessibility to the fibers by enzymes (enzymatic hydrolysis of chitin) or by soda (deacetylation of chitin) has also been demonstrated