Contribution à l'intensification de procédés appliqués à la protéolyse enzymatique : Étude microcinétique en réacteur microfluidique et conception assistée par plasma froid d'un microréacteur à enzyme immobilisé

Contribution to process intensification applied to enzymatic proteolysis : Microkinetic study in microfluidic reactor and cold plasma-assisted design of an immobilized enzyme microreactor

• Auteur / Autrice : Adil Elagli
• Direction : Rénato Froidevaux, Philippe Supiot, Bertrand Bocquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie des fonctions biologiques
• Date : Soutenance le 02/04/2015
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés biologiques et génie enzymatiques et microbien (ProBioGEM) - Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Siloxanes

Polymérisation sous plasma

Enzymes immobilisées

Extraction par solvant

Microréacteurs chimiques

Microfluidique

Cinétique enzymatique

Hydrolysats de protéines

Mots clés libres

Protéolyse enzymatique

Résumé

Des préoccupations d’ordre économique et environnemental ont introduit depuis quelques années déjà le concept d’intensification de procédés. En traitant de la maîtrise et de l’intensification de procédés enzymatiques, cette thèse s’est partagée en deux parties. La première s’est focalisée sur la mise en œuvre et l’étude microcinétique de réactions enzymatiques en microréacteur. Elle visait à optimiser la préparation d’un peptide opioïde à partir d’une réaction protéolytique, l’hydrolyse de l’hémoglobine bovine par la pepsine porcine. Tout d’abord, une modulation de la sélectivité cinétique de la réaction a été mise en évidence. Puis, en adoptant une démarche d’intensification, un couplage du microprocédé de protéolyse enzymatique à un microprocédé séparatif a été mis au point. Il a permis la récupération sélective et continue de l’hémorphine LVV-h7 par un enchaînement de deux extractions liquide-liquide consécutives. Au travers de l’ensemble de ces résultats, la première partie de ce travail de thèse tente de mettre en évidence quelques bénéfices attrayant que peut procurer l’utilisation de technologies microfluidiques en génie des procédés. Enfin, la deuxième partie de cette thèse s’est étendue à la conception d’un réacteur microstructuré à enzyme immobilisé en proposant l’utilisation exclusive d’un matériau organosilicié, le TétraMéthylDiSiloxane. La technologie des plasmas froids employée a d’abord permis la mise au point d’une méthodologie originale d’immobilisation enzymatique par piégeage stérique. Le protocole développé a ensuite permis d’imaginer la conception « bio-intégrante » d’un microréacteur à enzyme immobilisé, par polymérisation assistée par plasma.

New economic and environmental issues previously introduced the concept of process intensification since some years ago. Dealing with the control and the intensification of enzyme processes, this thesis was divided into two parts. The first part focused on the study of enzyme reactions in microreactor from a microkinetic perspective. It was intended to optimize the preparation of an opioid peptide from a proteolytic reaction, the hydrolysis of bovine hemoglobin by porcine pepsin. Firstly, a modulation of the reaction kinetic selectivity was highlighted. Then, on the basis of a sustainable approach, the enzymatic process was coupled to a separative process. It allowed the selective and continuous recovery of the hemorphin LVV-h7 by a sequence of two consecutive liquid-liquid extractions. Through all of the results, the first part of this thesis attempts to highlight some attractive benefits derived of the use of microfluidics in process engineering. Finally, the second part of this thesis has been extended to the design of a microstructured reactor with immobilized enzyme by exclusively using an organosilicon material, TetraMethylDiSiloxane. First, cold plasma technology allowed the development of an original methodology for enzyme immobilization by steric entrapment. Then, by using plasma-assisted polymerization, this protocol was used to design an immobilized enzyme microreactor according to a “bio-integrating” methodology.