Biorefinery concept applied to the microalgae Porphyridium cruentum

• Auteur / Autrice : Sébastien Jubeau
• Direction : Joël Fleurence
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des organismes, Bioprocédés et biotechnologies
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Végétal-Environnement-Nutrition-Agro-Alimentaire-Mer (Angers)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microalgues

Mots clés libres

Porphyridium cruentum

Bioraffinerie

Destruction cellulaire

Purification

Procédés intégrés

B-phycoerythrine

Résumé

La bioraffinerie est similaire à la méthodologie utilisée en industrie pétrochimique qui consiste à séparer les constituants d’une biomasse pour les convertir en différents produits à forte valeur ajoutée. La microalgue Porphyridium cruentum est bien connue dans la littérature pour sa production de nombreux métabolites valorisables tels que des pigments (B-Phycoerythrine, zéaxanthine) ; des acides gras oméga 3 et oméga 6, des exopolysaccharides (EPS). A ce jour, il n’existe pas de schéma de procédés intégrés visant à aboutir à la valorisation totale de cette biomasse. C’est donc avec une approche de bioraffinerie, visant à rendre viable la production de microaglues, que le travail présenté ici a été réalisé. Un schéma de procédé global, constitué de 4 étapes, culture et récolte des microalgues, destruction cellulaire, fractionnement des différentes familles de molécules et purification, a été mis en place. La phase de culture a permis d’atteindre une concentration en biomasse de 2,7 g. L-1. Différentes méthodes de destruction cellulaire ont été testées telles que la congélation/décongélation, le broyage haute pression. Leur impact sur les différentes fractions extraites a été étudié. Un procédé d’extraction sélective en deux étapes, permettant d’aboutir à l’obtention d’un extrait prépurifié en B-phycoérythrine, a été développé. La purification de la B-phycoérythrine par deux méthodes, précipitation sélective et filtration tangentielle sur membrane, a été réalisée. De hauts degrés de pureté (IP = 3) ont été atteints par filtration sur membrane en polyethersulfone (30 kDa). 3 protocoles de valorisation de la biomasse dans son ensemble ont également été développés.

Biorefinery is the same methodology used in oil industry to separate each component of a biomass and to transform them into high value products. The microalga Porphyridium curentum is well referenced in the literature as a producer of many metabolites of interest like pigments (B-Phycoerythrin, zeaxanthin), ω3 and ω6 fatty acids and exopolysaccharides (EPS). We propose to apply the concept of biorefinery to P. Cruentum in order to produce different extracts of interest and so to make the biomass production profitable. We experimentally developed a process to produce and to separate the different fractions of P. Cruentum made of 4 main steps: cultivation and harvesting of the algae, cell disruption, separation of each biochemical family and purification of the latter. The optimization of culture conditions leads to a production of microalgae at the concentration of 2. 7g. L-1. Different cell destruction techniques have been tested such as high pressure cell disruption and freezing/thawing. Their impact on the molecules extracted has also been studied. A selective two-steps process has been developed to obtain pre-purified B-phycoerythrin extract. The purification of the latter has been tested by two different methods: the selective precipitation using ammonium sulfate and the tangential filtration on membrane. High purity levels (IP=3) have been reached using a filtration on polyethersulfone membrane (30kDa). 3 protocols have been developed and tested to promote the whole biomass.