Valorisation de la lignine de drêches de brasserie : fractionnement, purification et couplages diazoïques pour des applications en antimicrobiens.

Valorization of lignin from brewers' grains: fractionation, purification and diazo couplings for antimicrobial applications

• Auteur / Autrice : Sarah Joe Salameh
• Direction : Estelle Leonard, Anissa Khelfa
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Inscription en doctorat le 06/10/2021
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Transformations intégrées de la matière renouvelable

Mots clés

Mots clés libres

Lignine

Fractionnement

Drêches de brasserie

Couplage diazoiques

Valorisation

Lignin

Valorization

Brewers' grains

Fractionation

Diazo couplings

Résumé

Les drêches de brasserie représentent le coproduit le plus important de l'industrie brassicole avec une production annuelle française de 0,7M de tonnes pour 16M d'hectolitres de bière produits. Ces drêches sont caractérisées par une teneur importante en humidité et une composition chimique intéressante en cellulose, hémicellulose et lignine. Les travaux de cette étude se focaliseront sur l'extraction assistée par microondes de la lignine CIMV* par le procédé AVIDEL . La plupart des procédés existants, et tout particulièrement les procédés industriels (Kraft, Organosolv,...), n'aboutissent qu'à l'extraction d'une fraction des lignines, et/ou à des modifications importantes des liaisons chimiques au sein du polymère. Le procédé AVIDEL consiste en une cuisson à reflux de la biomasse avec un système eau/acide acétique/acide formique et permet de libérer les lignines CIMV sous la forme d'oligomères sans soufre essentiellement linéaires évitant des modifications profondes de leurs structures. Ce procédé sera testé par chauffage microondes (système monomode, 2,45 GHz). Une étape de criblage permettant d'identifier les facteurs influant (concentrations des acides, temps de cuisson,) sur le rendement d'extraction des lignines sera réalisée. Les paramètres optimisés seront également testés pour l'extraction conventionnelle. Une étape de caractérisation de ces lignines (RMN HSQC, IR, SEC) sera réalisée, suivie d'une valorisation chimique par couplage diazoïque. Au sein de TIMR, ce couplage menant à la formation de catalyseurs micellaires , , ou de composés antimicrobiens , a déjà été réalisé avec succès. Reste le nouveau challenge de réaliser ces couplages sur des substrats polymériques tels que les lignines. Ces couplages vont permettre de réaliser des lignines modifiées hydrosolubles , . En modifiant judicieusement les anilines menant aux matériaux finaux, plusieurs applications peuvent être envisagées telles que les antibactériens, ou les antioxydants.

Brewers' grains represent the most important co-product of the brewing industry with an annual French production of 0.7M tons for 16M hectoliters of beer produced. These spent grains are characterized by a high moisture content and an interesting chemical composition in cellulose, hemicellulose and lignin. The work of this study will focus on the microwave-assisted extraction of CIMV* lignin by the AVIDEL process. Most of the existing processes, and particularly the industrial ones (Kraft, Organosolv,...), only lead to the extraction of a fraction of the lignins, and/or to important modifications of the chemical bonds within the polymer. The AVIDEL process consists of refluxing the biomass with a water/acetic acid/formic acid system and allows the release of CIMV lignins in the form of essentially linear sulphur-free oligomers avoiding deep modifications of their structures. This process will be tested by microwave heating (single mode system, 2.45 GHz). A screening step will be performed to identify the influencing factors (acid concentrations, cooking time,) on the lignin extraction yield. The optimized parameters will also be tested for conventional extraction. A characterization step of these lignins (HSQC NMR, IR, SEC) will be performed, followed by a chemical valorisation by diazo coupling. Within TIMR, this coupling leading to the formation of micellar catalysts , , or antimicrobial compounds , has already been successfully performed. There remains the new challenge to realize these couplings on polymeric substrates such as lignins. These couplings will allow the realization of water-soluble modified lignins . By judiciously modifying the anilines leading to the final materials, several applications can be envisaged such as antibacterial, or antioxidants.