Thèse soutenue

Procédé enzymatique intensifié et durable de N-acylation d'acides aminés en milieux écocompatibles : caractérisation, cinétiques et immobilisation de nouveaux biocatalyseurs
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Auteur / Autrice : Mohamed Chafik Bourkaib
Direction : Isabelle ChevalotYann Guiavarc'h
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Procédés biotechnologiques
Date : Soutenance le 12/10/2020
Etablissement(s) : Université de Lorraine
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
Jury : Président / Présidente : Catherine Sarazin
Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Chevalot, Yann Guiavarc'h, Eric Dubreucq, Pedro Lozano, Catherine Humeau-Virot, Caroline Paul, Stéphane Delaunay
Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Dubreucq, Pedro Lozano

Résumé

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Les acides aminés acylés constituent un important groupe de tensioactifs biosourcés présentant des propriétés techno-fonctionnelles et bioactives très attractifs pour des applications en industries alimentaires, cosmétiques, pharmaceutiques… La production de ces molécules à l’échelle industrielle se fait par voie chimique suivant la réaction de Schotten-Baumann, qui en dépit de son efficacité, a un effet négatif sur l’environnement et ne présente aucune spécificité de réaction. L’utilisation de biocatalyseurs enzymatiques est l’alternative la plus prometteuse à cette voie chimique. L’objectif de cette thèse était d’évaluer le potentiel catalytique de différentes enzymes pour la réaction de N-acylation des acides aminés en solvants verts. Dans un premier temps, le couple enzyme / substrat le plus adapté à la réaction a été identifié. Les aminoacylases de Streptomyces ambofaciens en milieu aqueux ont montré une bonne spécificité de substrat vis-à-vis de nombreux acides aminés contrairement à la lipase B de Candida antarctica en milieu non-aqueux. Une relation entre la régiosélectivité des aminoacylases et la longueur de la chaine du donneur d’acyle a été mise en évidence. Cela été lié à la présence de l’ε-lysine acylase dans le mélange enzymatique. L’ajout d’ions cobalt a permis une accélération importante de la vitesse initiale de la réaction de N-acylation et une augmentation du taux de conversion. Dans une deuxième phase, les enzymes ont été immobilisées sur différents supports afin de faciliter leur recyclage. Les enzymes immobilisées sur les supports mésoporeux (SBA15) fonctionnalisés avec de l’APTES ont été sélectionnés comme les meilleurs supports pour l’immobilisation des aminoacylases de S. ambofaciens permettant de maintenir une certaine activité de l’enzyme après immobilisation. Les performances de CALB après immobilisation ont été évalués sous scCO2 pour la réaction de synthèse de l’acétate de géraniol. L’immobilisation de CALB par chimisorption sur des supports siliceux macroporeux avec de l’isocyanate comme greffon a permis une augmentation importante de l’activité par rapport aux autres supports et à l’enzyme CALB commerciale immobilisée sur une résine acrylique. Enfin, l’impact des conditions réactionnelles sur la production de l’undécénoyl-phénylalanine (un surfactant d’intérêt en cosmétique) par les aminoacylases de S. ambofaciens a été évaluée. Le produit de la réaction a été purifié à >99% et l’activité de dépigmentation de la peau a été vérifié.