Biocompatible extraction of β-carotene from Dunaliella salina

Biocompatible extraction of metabolites from microalgae

• Auteur / Autrice : Guillaume Tanguy
• Direction : Luc Marchal, Benoît Schoefs, Olivier Gonçalves
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 23/06/2022
• Etablissement(s) : Nantes Université
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génie des Procédés Environnement – Agroalimentaire (GEPEA) (Saint-Nazaire)
• Jury : Président / Présidente : Nathalie Bourgougnon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Justine Marchand, Myriam Phélippé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Bourgougnon, Filipa Lopes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microorganismes -- Biotechnologie

Microalgues

Mots clés libres

Bioraffinage

Caroténoïdes

Solvant organique

Granulométrie

Biorefining

Carotenoids

Organic solvent

Granulometry

Résumé

Cette thèse vise à déterminer les paramètres biologiques qui influencent la biocompatibilité de l’extraction de β-carotène par solvant organique chez la microalgue Dunaliella salina. La molécule de β-carotène est un pigment d’intérêt avec des applications industrielles en agroalimentaire, cosmétique et pharmaceutique. Contrairement aux procédés de production actuels, destructif pour la biomasse, l'extraction biocompatible permet de soutirer continuellement le métabolite sans mort cellulaire. Néanmoins, les études scientifiques ont principalement étudié la biocompatibilité à l’échelle de la culture mais manquent d’informations au niveau des cellules individuelles. Pour cela, une méthode robuste d'extraction avec du n-decane et découplée de la culture a été développée en tube Falcon. Des méthodes de mesure morphologiques et de marquage cellulaire ont été sélectionnées ou améliorées pour obtenir de plus amples informations sur l'exposition des cellules au solvant organique. L’analyse biologique révèle que l’impact photosynthétique est faible, une stimulation de l’activité respiratoire a été observé. Les cellules en phase de division sont moins impactées et les cellules déjà perméabilisées le sont plus. Les résultats ont montré que le taux de destruction était corrélé au volume cellulaire. Ils ont souligné que les cellules les plus fragiles, qui était sélectivement détruites, était plus grande que 1500 μm3 et avec une circularité supérieure à 0,7. L’extraction était biocompatible avec des cellules petites (600μm3) et circulaire (0.7), stressées en photobioréacteur. En conclusion, la recherche des conditions de cultures pour obtenir des cellules robustes est une piste à privilégier.

This thesis aims to determine the biological parameters that influence the biocompatibility of β-carotene extraction by organic solvent in the microalga Dunaliella salina. The β-carotene molecule is a pigment of interest with industrial applications in food, cosmetics and pharmaceuticals. Unlike current production processes, which are destructive to the biomass, biocompatible extraction allows continuous extraction of the metabolite without cell death. Nevertheless, scientific studies have mainly investigated biocompatibility at the culture scale but lack information at the single cell level. For this purpose, a robust method of extraction with n-decane and decoupled from the culture was developed in Falcon tubes. Morphological measurements and cell labelling methods were selected or improved to obtain more information on the exposure of the cells to the organic solvent. The biological analysis reveals that the photosynthetic impact is low, a stimulation of the respiratory activity was observed. Cells in division phase are less impacted and cells already permeabilized are more impacted. The results showed that the rate of destruction was correlated to the cell volume. He pointed out that the most fragile cells, which were selectively destroyed, were larger than 1500 μm3 and with a circularity higher than 0.7. The extraction was biocompatible with small (600μm3) and circular (0.7) cells, stressed in photobioreactor. In conclusion, the research of culture conditions to obtain robust cells is a track to be follow for biocompatible extraction.