Déconstruction et fonctionnalisation de constituants d'algues par voie enzymatique mécano-assistée pour la production de biomolécules

Deconstruction and functionalization of algal constituents by mechanically assisted enzymatic catalysis for the production of biomolecules.

• Auteur / Autrice : Sameh Amamou
• Direction : Eric Dubreucq
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biotechnologie et Microbiologie
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 09/03/2018
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IATE - Ingénierie des Agropolymères et Technologies Emergentes
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Chevalot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Dubreucq, Mohamed Gargouri, Suzana Ferreira-dias, Pascal Guiraud, Maeva Subileau, Abdellatif Barakat
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Mohamed Gargouri, Suzana Ferreira-dias

Mots clés

Mots clés libres

Algues

Catalyse enzymatique

Fonctionnalisation

Biomolécules

Algae

Enzymatic catalysis

Functionalization

Biomolecules

Résumé

L’objectif de la thèse était d’étudier, dans un concept de bioraffinerie, des possibilités de valorisation de composants biochimiques de la biomasse algale (polysaccharides, protéines et lipides) en évitant les étapes de séchage et d’extraction intermédiaires, particulièrement coûteuses aux niveaux environnemental et économique. Une voie originale a donc été explorée, faisant intervenir sur la biomasse humide une séquence « one pot » de deux réactions : une déconstruction enzymatique mécano-assistée des polymères pour libérer des molécules simples, et une transformation microbiologique ou enzymatique des composés libérés dans le milieu réactionnel aqueux. Le projet s’est particulièrement intéressé à deux familles de bioproduits : biocarburants (bioéthanol et biodiesel) et biotensioactifs (acides aminés acylés). Une production de bioéthanol atteignant plus de 65% du rendement théorique maximal a pu être obtenue avec deux macroalgues (Ulva lactuca et Gelidium sesquipedale) par l’application simultanée d’une saccharification enzymatique à l’aide d’un cocktail issu de mollusques marins, et d’une fermentation alcoolique, avec ou sans prétraitement mécanique. Une transestérification enzymatique directe, avec ou sans assistance mécanique, a également été étudiée pour valoriser les lipides de la biomasse humide de deux microalgues en présence de faibles concentrations en éthanol (2M). Les meilleurs rendements ont été obtenus avec Chlorella protothecoides, riche trigylcérides (47%) et contenant peu d’acides gras libres (6%), en utilisant des lipases/acyltransférases. A l’inverse, Chlamydomonas reinhardtii contenait essentiellement des acides gras libres qui ont pu être valorisés par estérification en utilisant directement l’activité lipasique endogène de la biomasse. Enfin le potentiel d’utilisation des lipases/acyltransférases pour la synthèse d’acides aminés acylés a également été démontré en milieu modèle.

The thesis aimed at studying, within the biorefinery concept, the valorization of algal biomass chemicals (polysaccharides, proteins, lipids) using direct processes avoiding the environmentally and economically costly steps of biomass drying and extraction of intermediates. An original process was explored, where the humid biomass was converted via a « one pot » sequence of two reactions: a mecano-assisted enzymatic deconstruction of polymers into small molecules, and a bioconversion of the released compounds within the aqueous reaction medium. The project focused on two bioproduct families: biofuels (bioethanol and biodiesel) and biotensioactives (acylated aminoacids). Bioethanol production reaching up to 65% of the theoretical maximum yield was obtained from two macroalgal biomasses (Ulva lactuca et Gelidium sesquipedale) through simultaneous enzymatic saccharification, using an original enzymatic raw extract from marine shell hepato-pancreas, and yeast fermentation, with or without mechanical pretreatment. A direct biocatalyzed transesterification, with or without mechanical assistance, was also studied to valorize the lipids from the humid biomass of two microalgal species in the presence of low ethanol concentrations ( 2M). The best yields were obtained with triacylglycerol-rich (47% of DW) Chlorella protothecoides samples that contained low amounts of free fatty acids (6%), using lipases/acyltransferases. Conversely, Chlamydomonas reinhardtii samples contained mainly free fatty acids, that were successfully esterified with ethanol using the endogenous lipase activities present in the biomass. Finally, the potential of lipases/acyltransferases for the acylation of amino acids by aminolysis was also demonstrated in a model reaction medium.