Production and purification of biosurfactants and study of their influence on surface properties of stainless steel and Teflon

par Parvin Shakeri Fard

Thèse de doctorat en Ingénierie des fonctions biologiques

Sous la direction de Philippe Jacques et de Mahnaz Mazaheri assadi.

Soutenue le 28-01-2010

à Lille 1 .

  • Titre traduit

    Production et purification de biosurfactants et l’étude de leurs effets sur acier inoxydable et Téflon


  • Résumé

    Dans cette étude, un ensemble de molécules biosurfactantes a été choisi en fonction de leur diversité structurale et leur aptitude à être produites dans des procédés industriels. Cet ensemble contient des membres des trois familles de composés lipopeptidiques produits par des souches de Bacillus subtilis comprenant la surfactine S1, l’iturine A et la mycosubtiline (deux membres de la famille des iturines) et la fengycine, ainsi que des rhamnolipides produits par Pseudomonas aeruginosa PTCC 1637. Après purification et/ou caractérisation par plusieurs méthodes analytiques, ces composés ont été étudiés pour leur aptitude à modifier l’hydrophobicité de surface de deux substrats, l’acier inoxydable et le Téflon. Ces modifications ont été évaluées par des mesures d’angle de contact de l’eau. Les effets dépendent de la biomolécule, de sa concentration et du substrat. Le traitement de l’acier inoxydable avec différentes concentrations, entre 1 et 100 mg l-1, de surfactine S1 et de rhamnolipides a montré une augmentation de l’hydrophobicité. Sur le même substrat, la fengycine augmente l’hydrophobicité jusqu’à sa concentration micellaire critique (6,25 mg l-1). Avec des concentrations plus élevées en fengycine, une réduction de l’hydrophobicité est observée. La surfactine, la mycosubtiline et l’iturine diminuent l’hydrophobicité sur le Téflon. Des analyses par XPS de surfaces traitées par les lipopeptides ont confirmé la présence des différentes biomolécules. Les relations entre structure, CMC et les propriétés de modifications de surface sont discutées. L’adhésion de spores de Bacillus cereus 98/4, à des surfaces conditionnées par ces biosurfactants, a ensuite été étudiée. Il y a une bonne correlation entre les modifications de l’hydrophobicité et l’adhésion des spores de B. cereus 98/4 à ces surfaces. L’augmentation de l’hydrophobicité des surfaces augmente l’adhésion des spores et vice versa.


  • Résumé

    In this study, a set of biosurfactant molecules was chosen in function of their structural diversity and their ability to be easily produced in industrial processes. This set contains members of three families of lipopeptidic compounds produced by Bacillus subtilis strains including surfactin S1, iturin A and mycosubtilin (two members of the iturin family) and fengycin, as well as rhamnolipids produced by Pseudomonas aeruginosa PTCC 1637. After purification and/or characterization by several analytical methods, these compounds were examined for their ability to modify the surface hydrophobicity of the two substrata stainless steel and Teflon.These modifications were evaluated by water contact angle measurements. The effects depend on the biomolecule, the concentration, and the substratum. Treatment of stainless steel with different concentrations between 1 and 100 mg l-1 of surfactin S1 and rhamnolipids showed an increase in the hydrophobicity. On the same substratum, fengycin increased hydrophobicity up to its critical micelle concentration (6.25 mg l-1). With higher concentrations of fengycin, a decrease in hydrophobicity was observed. Surfactin, mycosubtilin and iturin A decreased hydrophobicity on Teflon. XPS analyses of surfaces treated by lipopeptides confirmed the presence of the different biomolecules. Relationships between structure, CMC, and modifications of surface properties are discussed.Then, the attachment of Bacillus cereus 98/4 spores to conditioned surfaces by these biosurfactants was studied. There are promising correlations between hydrophobicity modifications of surfaces and the attachment of B. cereus 98/4 spores to these surfaces. Enhancement in hydrophobicity of surfaces increases the number of adhering spores to them and vice versa. Finally, a strategy was developed to overproduce a less studied lipopeptide from Bacillus licheniformis, lichenysin which was structurally slightly different from surfactin.


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