REACTEURS ENZYMATIQUES A MEMBRANE POUR LA DEGRADATION DES PERTURBATEURS ENDOCRINIENS ET LA SYNTHESE EN CHIMIE FINE AVEC DES LACCASES DU P. SANGUINEUS.

par Ana Parra Guardado

Projet de thèse en APAB - Agroressources, Procédés, Aliments, Bioproduits

Sous la direction de José G. Sanchez Marcano.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...) , en partenariat avec IEM - Institut Européen des Membranes (laboratoire) depuis le 21-10-2015 .


  • Résumé

    Les biocatalyseurs comme les enzymes sont considérés depuis peu comme des voies "vertes" très intéressantes pour la synthèse de produits chimiques de haute valeur ajoutée. Les enzymes sont capables de réaliser un large spectre de réactions et les avances récents dans la biotechnologie ont permis la découverte des enzymes très efficaces et stables qui semblent bien adaptées aux applications industrielles. Laccases sont des enzymes oxydantes très intéressantes qui présentent l'avantage d'activer directement l'oxygène moléculaire sans utiliser des cofacteurs coûteux devant être régénérés. Les perturbateurs endocriniens (EDC) comme bis-phénol-A et l'œstradiol sont les composés qui sont de plus en plus présents dans les eaux superficielles et souterraines car ils ne sont pas complètement dégradés dans des stations d'épuration traditionnelles. Les laccases Immobilisées ont démontrées être des enzymes intéressantes pour la dégradation de composés phénoliques aussi bien qu'un certain nombre d'EDC comme bis-phénol-A et des hormones. La réactivité des laccases envers ces substrats est due à l'oxydation des groupes OH terminaux, cependant ces enzymes ont aussi manifesté être actives pour autres réactions comme l'élimination d'eau, la déshydrogénation, et l'oxydation et hydroxylation des C4. Ce spectre de de réactions vis-à-vis des groupes périphériques de substrats fait de ces enzymes des bonnes candidates pour la synthèse d'un grand spectre produits chimiques de haute valeur ajoutée. La découverte de nouvelles laccases comme celles du Pycnoporus sanguineus, un champignon mexicain, ouvre les possibilités des nouvelles réactions de dégradation d'EDC et de synthèse des produits chimiques de haute valeur ajoutée. L'immobilisation et la détermination de la réactivité du biocatalyseur immobilisé sont fondamentales pour l'étude prospective de ces applications au niveau industriel en utilisant des lits fixes et des réacteurs à membrane. Dans ce travail nous étudierons la réactivité des laccases commerciales aussi bien que laccases de P. sanguineus vis-à-vis un large spectre de substrats comme des EDC, des polyols, des aromatiques et poly-aromatiques substituées afin déterminer le meilleur couple substrat-biocatalyseur en termes de réactivité, du produit d'intérêt et stabilité enzymatique.

  • Titre traduit

    ENZYMATIC MEMBRANE REACTORS FOR EDC DEGRADATION AND SYNTHESIS OF FINE CHEMICALS WITH LACCASES FROM P. SANGUINEUS.


  • Résumé

    Recently, biocatalysts like enzymes have been considered as a very interesting “green” way to the synthesis of fine chemicals and high added value compounds. Enzymes are able to carry out a broad spectrum of reactions and biotechnology advances have resulted in the discovery very efficient and stable enzymes which seem well adapted to industrial applications. Laccases are very interesting oxidative enzymes which present the advantage to activate directly the molecular oxygen whereas avoiding using costly co-factors to be regenerated. Endocrine disruptor chemicals (EDC) like bis-phenol-A and estradiol are compounds which are being more and more present in surface and underground waters because they are not completely degraded in traditional wastewater treatment plants. Immobilized laccases have demonstrated to be interesting enzymes for the depletion of phenolic compounds as well as some EDCs like bis-phenol-A and hormones. Their reactivity towards these substrates is mainly given through the oxidation of –OH groups but they have also demonstrated to carry out different types of reactions like water elimination, dehydrogenation, C4 oxidation and hydroxylation. This board spectrum of reactions in peripheral groups of substrates made also laccases good candidates for the synthesis of a large spectrum of high value fine chemicals. The discovery of new laccases like the laccases from Pycnoporus sanguineus, a Mexican fungal strain, has opened the possibilities of the degradation of EDC and the synthesis of high value chemicals. For this purpose the immobilization and the determination of the immobilized biocatalyst' reactivity is fundamental for the study of the possibility of applying such enzymes for both applications by using packed beds or membrane reactors, and then to project a further industrial scale application. In this work we will study the reactivity of commercial laccases as well as laccases from P. sanguineus towards a large type of substrates like EDC, polyols, aromatics and substituted polyaromatics in order to determine the best couple substrate-biocatalyst in terms of reactivity, product of interest and enzyme stability. The overall objective of this project is the determination of the best couple immobilized enzymesubstrate for EDC degradation and fine chemicals or high value chemicals production in order to be used in packed bed or membrane reactors. Initially, the research will be focused on the conversion of bis-phenol-A, estradiol, glycerol and methyl naphthalene. The specific objectives that will be accomplished are: • Selection of commercial laccases and Pycnoporus sanguineus laccases cocktail. • Screening of the reactivity different substrates-enzymes couples with free enzymes in a batch reactor. This screening includes glycerol and methylnaphthalene as main substrates studied. • Immobilization of laccases by adsorption and covalent bond in membranes and beads. • Determination of and improvement of immobilization yield. • Determination of best reactivity conditions (pH, temperature….) with model molecules. • Determination of enzymatic kinetics with model molecules. The expected results are: Determination of the reactivity of free laccases towards a broad spectrum of EDC and organic compounds. • Identification and quantification of the reaction products, choice of the main interest couples enzyme-substrate. • Determination of the reactivity of immobilized laccases towards the chosen substrates. • Establish the optimum temperature and pH for the characterization of laccases in batch reactors. • Determination of enzymatic kinetics with model molecules. • Determination of the depletion rates and enzymes stability in a pilot unit and in continuous conditions (packed bed and membrane reactors).