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LGP2, un pôle de recherche innovant
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Production de bioéthanol grâce aux enzymes cellulolytiques immobilisées

Publié le 5 septembre 2018
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Soutenance 19 mars 2018

Karthik PERIYASAMY, doctorant du LGP2, a soutenu sa thèse : "Production de bioéthanol à partir de biomasse lignocellulosique en utilisant des enzymes cellulolytiques immobilisées".

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Cette thèse de doctorat a été préparée en co-tutelle de l’Université Grenoble Alpes – sous la direction des Professeurs Marc AUROUSSEAU et Gérard MORTHA, et le co-encadrement d’Agnès BOYER, Maître de Conférences (Grenoble INP-Pagora / LGP2) – et de l’Anna University (Chennai, Inde), sous la direction du Professeur Sivanesan SUBRAMANIAN.

Karthik PERIYASAMY a présenté les résultats de sa recherche intitulée Production de bioéthanol à partir de biomasse lignocellulosique en utilisant des enzymes cellulolytiques immobilisées.
L'objectif global de cette étude était de produire du bioéthanol à partir de biomasse lignocellulosique en utilisant des enzymes libres ou immobilisées de type xylanase, cellulase et β-1,3-glucanase.

L'isolement de la souche AUKAR04 de Trichoderma citrinoviride a permis de produire par fermentation solide ces trois enzymes à un taux de 55 000, 385 et 695 UI/gss respectivement. L’activité biochimique des enzymes libres a été caractérisée en faisant varier différents paramètres : pH, température et concentration en cations métalliques, et les paramètres cinétiques correspondants ont été identifiés. Par la suite, les enzymes ont été immobilisées en phase solide, soit sous forme d’agrégats sans support de type (combi-CLEAs), soit par association avec des nanoparticules magnétiques bi-fonctionnalisées (ISN-CLEAs). Les enzymes ont ainsi montré de meilleures performances en termes de stabilité thermique, d’aptitude à une réutilisation (plusieurs cycles) et de stabilité après un temps de conservation prolongé.

Le substrat végétal utilisé (SCB : bagasse de canne à sucre) a été prétraité chimiquement par cuisson à l'ammoniac, permettant d’éliminer 40% de la lignine initiale tout en préservant 95% de glucane, 65% de xylane et 41% d'arabinane. L’hydrolyse enzymatique du substrat prétraité a permis une conversion de la cellulose en 87% de glucose, et une conversion des hémicelluloses (arabinoxylanes) en 74% de xylose et 64% d'arabinose, chiffres notoirement supérieurs à l'activité des enzymes libres.

L'analyse chimique et structurale du substrat a été faite par spectrométrie ATR-FTIR et DRX, et par analyse TGA. L’étude FTIR a prouvé l’efficacité du traitement enzymatique en montrant que les hémicelluloses et la cellulose subissent une dépolymérisation partielle par l’action simultanée des trois enzymes immobilisées dans les ISN-CLEA. L’étude TGA a montré que la stabilité thermique des échantillons prétraités à l'ammoniac puis traités par des enzymes est notoirement améliorée. L’analyse DRX a montré que l'indice de cristallinité du substrat prétraité à l’ammoniac puis traité par l'ISN-CLEA a augmenté de 61,3 ± 1%, par rapport au substrat avant traitement enzymatique. La fermentation par la levure Saccharomyces cerevisiae LGP2Y1 utilisée en monoculture, à partir d’un hydrolysat enzymatique contenant 103,8 g/L de glucose, a produit 42 g/L d'éthanol en 36 h de fermentation. Le rendement métabolique global atteint ainsi environ 79% du rendement théorique. La fermentation en co-culture avec Saccharomyces cerevisiae LGP2Y1 et Candida utilis ATCC 22023 d’un hydrolysat à 107,6 g/L de glucose et 41,5 g/L de xylose a produit 65g /L d'éthanol en 42 h de fermentation. Ainsi, en co-culture fermentaire, le rendement métabolique global atteint environ 88 % du rendement théorique.

Thèses du LGP2 (2018)


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Rédigé par Anne Pandolfi

mise à jour le 3 octobre 2018

Grenoble INP Institut d'ingénierie Univ. Grenoble Alpes