Profilage chimique de la biomasse microalgale par MS et RMN : étude de cas avec Microchloropsis gaditana

Chemical profiling of microalgae biomass by MS and NMR : case study with Microchloropsis gaditana

• Auteur / Autrice : Gaëla Cauchie
• Direction : Jean-Hugues Renault, Pascal Gerbaux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 26/10/2021
• Etablissement(s) : Reims en cotutelle avec Université de Mons
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie Moléculaire de Reims (ICMR - UMR 7312 CNRS) (Reims, Marne, 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Gonçalves
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Hugues Renault, Pascal Gerbaux, Sophie Laurent, Soizic Prado, Julien De Winter
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sophie Laurent, Soizic Prado

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Métabolisme

Biomasse

Chromatographie

Microalgues

Mots clés libres

Ms

Rmn

Profilage

Valorisation

Microalgues

Microalgae

Ms

Valorization

Nmr

Profiling

Résumé

Cette thèse, réalisée en cotutelle entre les universités de Reims et de Mons, s’inscrit dans un projet interrégional financé par l’Union européenne, intitulé « ALPO ». L’objectif général de cette thèse porte sur le profilage chimique global de la biomasse microalgale. Celui-ci est relativement connue en matière de proportions massiques en lipides, polysaccharides et protéines. Cependant, peu de données sont disponibles concernant le métabolisme spécialisé. De plus, les microalgues sont connues pour posséder une paroi cellulaire rigide. Par conséquent, lors des valorisations actuelles de la biomasse microalgale, la rupture des parois est nécessaire afin d’augmenter les rendements gravimétriques d’extraction. Or, l’impact de ces opérations de préparation de la matière première sur les composés extraits est peu étudié. Cette thèse propose ainsi d’étudier le profil métabolique global de la biomasse microalgale à partir de cellules intactes ou broyées d’une espèce modèle, Microchloropsis gaditana. La première partie du manuscrit détaille l’analyse des extraits apolaires par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse (MS). La seconde partie expose l’analyse des extraits de polarité plus élevée basée sur un fractionnement par chromatographie de partage centrifuge suivi d’analyses par résonance magnétique nucléaire (RMN), notamment du 13C. Cette thèse fournit un exemple de la complémentarité de l’exploitation des données issues de la MS, très sensible et adaptées notamment aux composés apolaires, et celles issues de la RMN, technique universelle et fournissant des annotations avec un haut niveau de confiance.

This PhD thesis was carried out in co-supervision between the universities of Reims and Mons in an interregional project funded by the European Union, named “ALPO”. The general objective of this PhD thesis concerns the global chemical profile of the microalgae biomass. The proportions of lipids, polysaccharides and proteins are well known but few data are available are available for the detailed chemical composition concerning the specialized metabolism. Moreover, microalgae are known to have a rigid cell wall. Therefore, when valorizing microalgal biomass, especially in the biofuel field, disruption of the cell wall is needed in order to increase the extraction yields. One of the most used and efficient techniques is the bead milling disruption method. However, only few information on the impact of these unitary operations of starting material preparation on the extracted compounds can be found in the literature. This PhD thesis is focused on the study of the global metabolic profile of the microalgal biomass from intact or crushed cells of a model species, Microchloropsis gaditana. The first part of this manuscript exposes the analysis of nonpolar extracts by liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry. The second part focuses on investigating high polarity extracts, using a fractionation by centrifugal partition chromatography followed by nuclear magnetic resonance (NMR) analysis. It provides an example of the complementarity of the data exploitation from mass spectrometry, reputed to be very sensitive and suitable for lipid analysis, and those from NMR, a technique reputed to be universal and providing annotations with a high level of confidence.