Procédé intégré de bioconversion extractive d'acide 3-hydroxypropionique : mécanismes limitants et optimisation à base de modèles

par Ana karen Sanchez Castaneda

Projet de thèse en Génie des procédés

Sous la direction de Ioan Cristian Trelea et de Violaine Athes.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement et Santé , en partenariat avec GMPA - Génie et Microbiologie des Procédés Alimentaires - UMR INRA/AgroparisTech (laboratoire) et de institut des sciences et industries du vivant et de l'environnement (AgroParisTech) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    Une tendance croissante vers la synthèse de composés chimiques à partir de ressources renouvelables de la biomasse a été observée récemment. Cela a accru l'intérêt pour la production durable à l'échelle industrielle de molécules plateformes biosourcées pour l'obtention de polymères, tels que l'acide 3-hydroxypropionique (3-HP), un acide carboxylique bifonctionnel. L'acide 3-HP peut être fabriqué par synthèse chimique à partir de matières premières pétrochimiques, mais il est largement reconnu que les biotechnologies blanches fourniront une voie plus durable avec notamment la valorisation de la biomasse renouvelable, tel que le glycérol, le glucose, les pentoses et le CO2. Afin de développer un procédé biotechnologique robuste pour la production de 3-HP, il est nécessaire de lever des verrous, tel que l'inhibition par le produit ou co-produits de microorganismes produisant du 3-HP. Une façon d'aborder ces problèmes et d'augmenter ainsi la productivité et la durabilité globale du procédé est la mise en œuvre de la récupération in situ (ISPR, pour In Situ Product Recovery) ou bioconversion extractive. Ce projet s'intéresse à un procédé intégré avec une extraction réactive du 3-HP, assistée par des contacteurs à membrane, pouvant être couplée directement à la bioconversion du glycérol par une souche de Lactobacillus reuteri. Grâce à une stratégie expérimentale couplée à de la modélisation, seront abordés des mécanismes impliqués dans la réactivité, la solvatation et les transferts de matière lors de l'extraction. Les considérations de biocompatibilité concernant les microorganismes produisant du 3-HP seront examinées. Une approche multi-échelles, de la molécule au procédé, sera adoptée. L'objectif général est de fournir des connaissances théoriques et appliquées, nécessaires à la mise en œuvre de la bioconversion extractive de 3- HP en s'appuyant sur une approche d'optimisation multi-critères, avec la construction d'un modèle mathématique décrivant l'ensemble du procédé.

  • Titre traduit

    Integrated process of extractive bioconversion of 3-hydroxypropionic acid: limiting mechanisms and model-based process optimization


  • Résumé

    An increasing drive towards the synthesis of chemical compounds from renewable biomass resources have been observed recently. In this respect, interest in the sustainable production at the industrial scale of bio-based polymer building blocks, such as 3-hydroxypropanoic acid, a bifunctional weak carboxylic acid, is growing. 3-HP can be manufactured using chemical means starting from petrochemical feedstock, but it is widely believed that biotechnology will provide a more sustainable route and the means to use renewable biomass-derived feedstocks, such as glycerol, glucose, pentose and CO2. In order to develop a robust biotechnological process for 3-HP production, it is neccesary to resolve technical issues, such as product or byproduct inhibition of 3-HP producing microorganisms. One way to tackle these problems and thus increase productivity and the overall sustainability of the process is the implementation of an “In Situ Product Recovery” (ISPR) or extractive bioconversion. This project deals with an integrated process including, a reactive extraction of 3-HP, assisted by membrane contactors, that could be directly coupled to bioconversion of glycerol by a Lactobacillus reuteri strain, to perform product recovery. Through experimental and modeling strategies, the questions raised are linked with mechanisms involved in reactivity, solvation and mass transfers during extraction, besides biocompatibility considerations regarding 3-HP producing microorganisms. Different methods at 2 different scales, from the molecule to the process, will be used. The general aim is to deliver academic and applied knowledge, necessary to the implementation of extractive bioconversion of 3-HP and prior to a multi-criteria optimization approach, with the construction of a mathematical model that describes the entire process.