Affordable Access

Approche intégrée couplant procédé microbiologique et procédé séparatif in situ pour la production d’acide 3-hydroxypropionique par Lactobacillus reuteri

Authors
  • Burgé, Grégoire
Publication Date
Dec 18, 2015
Source
Kaleidoscope Open Archive
Keywords
Language
French
License
Unknown
External links

Abstract

La synthèse de produits chimiques à partir de ressources renouvelables est une préoccupation majeure qui contribue au développement de la bioéconomie. En effet, un intérêt croissant est porté à la production durable de molécules plateformes biosourcées, comme l’acide 3-hydroxypropionique (3-HP), un acide carboxylique hydroxylé. Le développement de procédés biotechnologiques de production du 3-HP se heurte à plusieurs verrous. La bactérie lactique Lactobacillus reuteri a été identifiée comme productrice naturelle de 3-HP à partir de glycérol (co-produit de l’industrie du biodiesel), mais avec de faibles productivité et titre, en raison des effets inhibiteurs de la molécule d’intérêt et de son intermédiaire métabolique, le 3-hydroxypropionaldéhyde (3-HPA). Le rendement de production est quant à lui limité par la formation de co-produits, comme le 3-HPA et le 1,3- propanediol (1,3-PDO). L’intégration d’un procédé d’extraction in situ du 3-HP avec le système de bioconversion pourrait conduire à une diminution de l’inhibition et à une récupération en continu de la molécule ciblée. Pour cela, l’extraction réactive liquide-liquide assistée par contacteur à membrane a été identifiée comme une technique d’intérêt. Elle permet de mettre en oeuvre une surface d’échange spécifique bien supérieure en comparaison aux procédés dispersifs usuels, empêche la formation d’une émulsion et permet de limiter le contact direct des cellules avec la phase organique extractante, potentiellement toxique.Trois souches de L. reuteri, représentatives de la diversité intra-spécifique, ont d’abord été étudiées en fioles et leurs performances de croissance sur glucose et de bioconversion du glycérol en 3-HP ont été comparées. La souche DSM 17938, bonne consommatrice de glycérol et productrice de 3-HP, a été sélectionnée pour la suite du projet. Durant la bioconversion, une perte totale de la cultivabilité cellulaire, concomitante à une diminution de l’activité enzymatique des bactéries productrices a été observée. Des analyses spécifiques par cytométrie en flux ont alors révélé un impact délétère du 3-HPA et, dans une moindre mesure, du 3-HP uniquement en conditions acides. Dans le but d’optimiser les performances de production du 3-HP et de mieux en comprendre les déterminants métaboliques, la bioconversion a été mise au point en bioréacteur et un apport contrôlé de glycérol (mode "fed-batch") a été développé, permettant de diminuer l’accumulation de 3-HPA dans le milieu. Concernant l’extraction du 3-HP, l’utilisation combinée de tri-octyl-amine (TOA) et d’Aliquat 336 dilués dans du n-décanol a conduit à des performances élevées (rendement d’extraction maximum supérieur à 90 %) sur une gamme de conditions expérimentales compatibles avec la bioconversion (pH, concentration en 3-HP). Une synergie entre les deux amines extractantes a été mise en évidence.Le 3-HP est extrait de façon prédominante par rapport aux autres métabolites de la voie de bioconversion, confirmant la sélectivité du procédé de séparation choisi. Cependant, lorsque l’extraction est réalisée sur un milieu réel de bioconversion, certains composés d’origine cellulaire sont suspectés de s’adsorber à l'interface entre les phases au niveau des pores de la membrane. Cet effet, combiné à la possible compétition entre le 3-HP et des composés (sels) également capables de réagir avec les extractants, a conduit à des limitations en termes de rendement, de cinétique d’extraction et de sélectivité.A notre connaissance, ce travail constitue la première étude dédiée à la bioconversion extractive du 3-HP. Toutefois, ce nouveau procédé intégré montre encore de faibles performances (productivité, concentration finale, durée de production), en raison d’une inhibition importante des bactéries productrices par les métabolites de la voie de bioconversion et la phase organique extractante. Différentes pistes d’optimisation ont été suggérés pour surmonter les différents verrous identifiés.

Report this publication

Statistics

Seen <100 times