In vitro synthesis of bio-based styrenes by enzymatic approaches and their adaptation in a Millifluidic ISPR system

Synthèse in vitro de styrènes biosourcés par des approches enzymatique et leur adaptation dans un système millifluidique ISPR

• Auteur / Autrice : Boris Tran
• Direction : Louis Mouterde
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biotechnologies
• Date : Inscription en doctorat le 16/10/2023
• Etablissement(s) : Paris, AgroParisTech
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : URD ABI

Mots clés

Mots clés libres

Acides p-hydroxycinnamiques

4-vinylphénols

Décarboxylase

P-hydroxycinnamic acids

4-vinylphenols

Decarboxylase

Résumé

La bioproduction d'antioxydants, d'arômes fins et de parfums s'est développée rapidement ces dernières années. Parmi ces composés aromatiques, les 4-Vinylphénols sont des produits particulièrement précieux pour les industries alimentaires, cosmétiques, pharmaceutiques et chimiques. Ces métabolites phénoliques à l'arôme épicé proche de celui du clou de girofle peuvent être obtenus par décarboxylation de l'acide p-coumarique (pCA) ou de l'acide férulique (FA). Les 4- Vinylphénols commerciaux sont essentiellement obtenus par décarboxylation chimique de pCA ou de FA à l'aide de catalyseurs métalliques dans des conditions difficiles, ce qui soulève des inquiétudes quant à la sécurité du produit et aux déchets dangereux. Compte tenu de ces considérations, la production de dérivés de 4-vinylphénols renouvelables à partir de la biomasse par le biais d'un processus durable est un sujet de recherche pour lequel la demande industrielle/sociétale de technologies de pointe est très élevée. Le projet de thèse vise donc à étudier la production in vitro de 4-vinylphénols en utilisant des décarboxylases recombinantes sélectionnées rFAD et/ou rPAD avant de l'adapter dans un procédé millifluidique continu ISPR innovant. Deux approches seront étudiées : l'amélioration de l'activité des décarboxylases d'acides phénoliques par mutagenèse dirigée et le développement d'une méthode chimique pour la détection des 4-vinylphénols. La maîtrise de la synthèse d'acide p-hydroxycinnamique rentables ou de ses dérivées en 4-vinylphénols constituera une innovation majeure pour le développement de synthèses biomimétiques d'antioxydants naturels, d'arômes et de parfums, ainsi que de biopolymères du styrène.

The growing customer demand for natural antioxidants and flavors goes hand in hand with new enzymatic tools providing an alternative access to healthier flavor compounds. The bioproduction of antioxidants, fine flavors and fragrances has expanded rapidly in recent years. Among these aromatic compounds, 4- Vinylphenols are particularly valuable products in the food, cosmetic, pharmaceutical, and chemical industries. These phenol metabolites with a spicy clove-like aroma can be obtained from the decarboxylation of pcoumaric acid (p-CA) or ferulic acid (FA). The commercial 4- Vinylphenols are essentially obtained by chemical decarboxylation of p-CA or FA using metal catalysts under harsh conditions, which raises concerns about the product safety and hazardous waste. Finally, usual 4-Vinylphenols synthesis is not particularly green. Under these considerations, producing renewable 4-Vinylphenol derivatives from biomass through a sustainable process is a research topic for which the industrial/societal demand for cutting-edge technologies is very high. Thesis project aims to study the in vitro production of 4-vinylphenols using selected decarboxylases rFAD and/or rPAD prior to adapt it in an innovative continuous ISPR millifluidic process. Two approaches will be studied: improvement of phenolic acid decarboxylases activity using site-directed mutagenesis and development of a chemical method for 4-vinylphenols detection. Mastering the synthesis of cost-effective p-Hydroxycinnamic acids or their 4-vinylphenols forms will be a breakthrough innovation towards the development of the biomimetic synthetizes of natural antioxidants, flavours and fragrances as well styrene biopolymers.