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RÉSUMÉ
La biocatalyse solide/gaz est une technologie qui met en œuvre des enzymes ou des cellules sur des substrats gazeux. Cette technologie présente deux points forts : s'affranchir des effets induits par le solvant, et la possibilité de contrôler précisément l’ensemble des paramètres thermodynamiques influant sur la cinétique des réactions et la stabilité du catalyseur. La biocatalyse solide/gaz permet ainsi d’étudier l'impact de chacune des espèces présentes dans le biocatalyseur sur son activité, sa spécificité ou sa stabilité. De plus, la biocatalyse solide/gaz est un procédé économe en atomes et en énergie, respectueux de l’environnement, et qui atteint des rendements de production très élevés rapportée à la taille de l’installation. L’agroalimentaire a connu les premières applications de la catalyse solide/gaz, les secteurs de la pharmacie et de l’environnement pourraient être prochainement concernés.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Isabelle GOUBET : Maître de conférences à l'université de La Rochelle
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Thierry MAUGARD : Professeur à l'université de La Rochelle
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Sylvain LAMARE : Professeur à l'université de La Rochelle
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Marianne GRABER : Professeur à l'université de La Rochelle
INTRODUCTION
La biocatalyse solide/gaz est une technologie basée sur l'utilisation de biocatalyseurs solides pour la conversion de substrats gazeux, en l'absence de tout solvant. Les biocatalyseurs solides sont des enzymes purifiées lyophilisées ou des enzymes présentes dans des cellules déshydratées. Les bioréacteurs sont utilisés en mode continu et permettent de contrôler précisément l'ensemble des paramètres thermodynamiques influant sur la cinétique des réactions et la stabilité des biocatalyseurs (température, pression et composition du flux gazeux).
D'un point de vue fondamental, l'absence de solvant et le contrôle indépendant de chacune des activités thermodynamiques des substrats (paramètre reflétant leur disponibilité pour le biocatalyseur) constituent les points forts de cette technologie. En effet, il est ainsi possible de s'affranchir des effets induits par le solvant, espèce majoritaire en milieu liquide, et d'accéder aux paramètres intrinsèques d'une enzyme. De plus, la possibilité de moduler indépendamment les activités thermodynamiques de chacun des substrats permet d'étudier l'impact de chacune des espèces présentes dans le microenvironnement du biocatalyseur sur son activité, sa spécificité ou sa stabilité.
D'un point de vue technologique, la biocatalyse solide/gaz permet des rendements de production très élevés pour une taille réduite d'installation. L'absence de solvant simplifie les étapes de purification et rend aisée la récupération des produits. Les températures de catalyse, bien qu'élevées pour des conversions enzymatiques, restent modestes comparées à celles bien souvent utilisées pour la catalyse chimique. L'ensemble de ces caractéristiques fait de la biocatalyse solide/gaz un procédé économe en atomes et énergie, respectueux de l'environnement. Néanmoins, le champ d'application de cette technologie est limité en comparaison de celui des systèmes réactionnels liquides non conventionnels, car il est basé sur le caractère volatil des substrats et des produits de la réaction.
Les applications de la catalyse solide/gaz pourraient, à l'avenir, concerner les secteurs de l'environnement ou de la pharmacie et plus spécialement la production de synthons chiraux.
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Approche théorique des systèmes solide/gaz
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4. Conclusion
En ce qui concerne la recherche fondamentale en enzymologie, la biocatalyse solide/gaz permet une étude très précise de l'effet du microenvironnement sur l'activité et la stabilité des enzymes. Elle permet d'accéder aux paramètres cinétiques et thermodynamiques intrinsèques des enzymes et plus généralement à une meilleure compréhension à l'échelle moléculaire du fonctionnement des enzymes.
D'un point de vue technologique, la production d'esters naturels a été le premier exemple d'application à grande échelle de la catalyse solide/gaz. Compte tenu des potentialités décrites ci-dessus, d'autres applications devraient voir le jour à moyen ou long terme.
La spécificité et la sélectivité des lipases pourraient être exploitées via des réactions de transestérification ou d'hydrolyse pour la production de molécules à haute valeur ajoutée (résolution de mélanges racémiques).
La réduction énantiosélective de cétones par des déshydrogénases ou cellules productrices de telles enzymes pourrait aussi mener à la production d'alcools énatiomériquement purs pour la chimie fine.
La catalyse solide/gaz pourrait permettre de produire des synthons chiraux par un procédé respectueux de l'environnement puisque ne nécessitant pas de solvant, simplifiant les étapes de séparation ultérieure et assurant des taux de production élevés.
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BIBLIOGRAPHIE
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