Les cellulases de Trichoderma reesei : production et application

par Nelly Cochet-Giraud

Thèse de doctorat en Microbiologie

Sous la direction de Jean-Michel Lebeault.


  • Résumé

    La conversion de la biomasse lignocellulosique et son utilisation à des fins énergétiques, chimiques ou alimentaires, constitue une des préoccupations du monde agricole soucieux d'élargir ses débouchés. La production de cellulases représente l'étape la plus coûteuse et l'objectif du travail entrepris concerne l'optimisation de cette production. L'augmentation de la productivité en enzymes est obtenue à l'issue d'une étude portant sur la comparaison de souches mutantes de Trichoderma reesei, l'amélioration de la composition du milieu de culture, le contrôle et le choix d'un type de conduite de fermentation. La pulpe de betterave, sous produit de l'industrie sucrière a été choisie comme substrat susceptible d'être valorisé. La technique de prétraitement et les conditions de l'hydrolyse enzymatique ont été définies. Un taux d'hydrolyse de 84 % permet de convertir 1 kg de fraction cellulose-hémicellulose (matière sèche) en 927 g de sucres réducteurs. L'hydrolysat obtenu contient un mélange d'hexoses et de pentoses, et la conversion de ces sucres en 2,3-butanediol par Klebsiella pneumoniae a été envisagée. Si les rendements de conversion obtenus sont convenables, les valeurs de production demeurent cependant faibles, à cause de la trop grande dilution de l'hydrolysat. Une deuxième approche de la valorisation de la betterave est envisagée : la fermentation directe du saccharose en éthanol, sans extraction-diffusion préalable. Ce système de fermentation en milieu semi-solide représente des avantages liés à sa facilité de mise en œuvre. Dans le cadre de cette étude sur la fermentation alcoolique, l'étape de séparation biomasse - séparation liquide est considérée comme longue et onéreuse. La mise en œuvre de levures floculantes permettrait de réaliser rapidement une séparation efficace. Dans cette optique, deux séries de travaux ont été effectuées. L'induction de la floculation des levures, par l'intermédiaire d'un stress physico-chimique n'est pas réalisable dans les conditions expérimentales choisies. Par contre, l'amélioration génétique d'une souche de distillerie par fusion de protoplastes permet d'obtenir des cellules productrices d'éthanol et floculantes.

  • Titre traduit

    Cellulases from Trichoderma reesei : production and application


  • Résumé

    The conversion of lignocellulosic biomass from agricultural byproducts and its technological application for the energy, chemical and food producing processes have been of increasing concern for the last years. In terms of process feasibility one of the main limiting factors to the use of cellulose via enzymatic hydrolysis has been the cost of the enzyme production. It was hence considered the need for undertaking a study on the optimisation of the enzyme production. An increasing enzyme productivity was obtained when different mutated strains of Trichoderma reesei were compared, on a defined medium, and studies on the optimisation of medium composition and culture conditions were carried out. Once the pre-treatment methodology and the enzymatic hydrolysis conditions were defined for the sugar beet pulp, an enzymatic conversion rate of 84 % (dry basis) was obtained i. E. A 1 kg cellulose hemicellulose fraction hydrolysis produced 927 g of reducing sugars. The analysis of the hydrolysed juice showed a hexose pentose carbohydrate mixture. In order to evaluate its use in a fermentation process, two different approaches were considered : the 2,3-butanediol production by Klebsiella pneumoniae from hydrolysate, and the ethanol production from sugar-beet, without extraction-diffusion pre-treatment. For the former approach, if the conversion rate were convenient, the yield could be very low. For the latter approach, semi-solid cultures offer some advantages pertaining to the method implementation. During alcoholic fermentation process, the solid-liquid separation was found to be difficult and expensive. The use of flocculating yeast was then suggested as an interesting alternative to facilitate the separation. Experiments were carried out to observe the induction of yeast flocculation by a shear stress method. The results did not show any separation improvement under the working experimental conditions. Nevertheless, a genetic manipulation of a distillery strain by the protoplast fusion technique provided a high rate ethanol producing yeast with flocculating characteristics.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (277 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 374 réf.

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