Protection par encapsulation de l'enzyme lors de l'incorporation dans des plastiques biodegradables

Protection of an enzyme by encapsulation during the incorporation in biodegradable plastics

• Auteur / Autrice : Aurelie Bidoret
• Direction : Denis Poncelet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Genie des procedes
• Date : Inscription en doctorat le 06/11/2012; Soutenance le 24/02/2016
• Etablissement(s) : Nantes, Ecole nationale vétérinaire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)

Mots clés

Mots clés libres

Encapsulation

Enzyme

Rendement d'encapsulation

Encapsulation

Enzyme

Encapsulation efficiency

Résumé

Le développement de plastiques biodégradables par incorporation d’enzyme est une des solutions potentielles aux problèmes croissant des déchets ménagers et industriels. L’objectif de cette thèse est de développer quatre méthodes d’encapsulation pouvant offrir une protection à ces enzymes. La première méthode consiste à former des microsphères en acide poly lactique (PLA), constituant important des plastiques. Cette méthode traditionnelle consiste à créer une solution organique de PLA, l’émulsionner dans l’eau et évaporer le solvant. Afin de réduire les coûts et rendre le procédé plus écologique, une alternative a été proposée dans ce projet en utilisant des solvants non-toxiques et en procédant par extraction de solvant. La seconde méthode consiste à former des billes d’hydrogel par extrusion d’une solution d’alginate/amidon dans une solution de calcium. Des méthodes analytiques mises au point dans ce cadre ont montré que près de 50% des enzymes sont perdus dans le bain de calcium. Afin d’éliminer ces pertes, une extrusion de solution de carraghénane chaude dans de l’air froid a été testée et modélisée (troisième méthode). Ces trois méthodes n’ont pas permis de produire des microparticules de taille réduite et ne pourraient donc être utilisé que pour des objets épais. Une quatrième méthode consistant à pulvériser une solution de polysaccharide dans un atomisateur a permis de réaliser des particules de taille inférieure à 50 µm avec un rendement d’encapsulation proche de 80%. Ces microparticules ont été incorporées dans une matrice de PLA à 140, 170 et 200°C montrant un maintien de l’activité enzymatique à ces températures.

The development of biodegradable plastics by incorporating of enzymes is one of the potential solutions to the growing problems of domestic and industrial wastes. The objective of this thesis is to develop four existing encapsulation methods providing protection for the enzymes used in biodegradable plastics. The first method consists of forming polylactic-acid (PLA) microspheres by using encapsulation by solvent evaporation. To reduce costs and make an environmentally friendly process, an alternative was developed in this project by using non-toxic solvents and by proceeding by solvent extraction. The second method is to form hydrogel beads by extruding an alginate/starch solution in the calcium bath. Analytical methods developed in this context showed that nearly 50% of enzymes are lost in the calcium bath. To eliminate such losses, extrusion of hot carrageenan solution into cold air was tested and modeled (third method). These three methods were not resulted in the production of small micro-particles and therefore could be used only for thick objects. A fourth method, consisted of pulverizing a polysaccharide solution in a spray dryer, produced small micro-particles (<50µm) with encapsulation efficiency close to 80%. These micro-particles were incorporated into PLA matrix at 40, 170 and 200°C maintaining the enzymes active at these temperatures.