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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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3. Exemples d'application de la biocatalyse solide/gaz
3.1 Utilisation de lipases purifiées pour la production d'esters naturels à propriétés d'arômes
Les esters constituent une classe importante dans les composés à propriété d'arôme. Les esters linéaires sont, dans leur grande majorité, responsables des notes florales et fruitées et sont utilisés de façon importante en agroalimentaire et en parfumerie. De nombreuses molécules d'intérêt économique comme les esters d'acides acétique, propionique, butyrique et iso-butyrique sont très facilement produits par synthèse chimique, dès lors que le caractère naturel de la molécule n'est pas recherché. Le cas des substances aromatisantes naturelles est différent puisque leur obtention est très souvent le fruit de procédés d'extraction (dépendant de variations saisonnières, climatiques et/ou géographiques) ou le résultat de procédés de fermentation dans lesquels la récupération des produits constitue souvent le point critique. Un procédé biotechnologique enzymatique offre alors une alternative intéressante pour la production de ces molécules naturelles s'il permet de minimiser les coûts en se rapprochant de ceux d'un procédé de chimie industrielle.
Un procédé continu d'estérification en phase solide/gaz a été développé et breveté pour son application à la production d'esters naturels par estérification directe d'acides et d'alcools naturels, catalysée par la lipase industrielle immobilisée (lipase B de Candida antarctica) ; ce procédé est développé par Novozyme sous le nom de Novozym 435 (figure 6).
Un ballast de gaz neutre (azote) mis en rotation passe dans trois zones différentes, ramenant ainsi la consommation d'azote à zéro pendant l'opération. Comme cela est montré sur la figure 6, la circulation...
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BIBLIOGRAPHIE
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