Projet ANR-15-CE07-0023 – ISEAPIM3 : Procédé Intensifié et Durable d'Acylation Enzymatique sur Materiaux Macroporeux/Mesoporeux Innovants
Programme : Chimie Durable, produits, procédés associés (DS0304) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Yann GUIAVARC'H (Laboratoire Réactions et Génie des Procédés, UMR 7274 CNRS - UL)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public; Laboratoire public; PME; Entreprise autre que TPE ou PME
Montant : 598114.0 euros
Date de début : 2016
Durée : 36 mois
Résumé : Les acides aminés ou peptides acylés sont de plus en plus utilisés, principalement comme biosurfactants dans des produits de nettoyages écologiques, en cosmétique et en pharmaceutique. Le marché global des biosurfactants devrait augmenter de 27 % environ jusqu’en 2018 induisant une forte compétition entre industriels. La synthèse industrielle des acides aminés ou peptides acylés est basée sur l’utilisation de la réaction chimique de Schotten-Baumann qui (i) requiert l’usage de chlorures d’acyles et de solvants organiques en conditions très alcalines, (ii) génère des effluents aqueux contenant des sels et des solvants organiques devant être recyclés, (iii) n’est pas sélective. Dans un contexte de développement durable, le but de ce projet est donc de mettre au point et d’intensifier des procédés d’acylation continus alternatifs et durables (avec sélectivité réactionnelle) en utilisant (i) la catalyse enzymatique hétérogène, (ii) des supports innovants et réutilisables pour l’immobilisation et la stabilisation des enzymes, et (iii) des solvants éco-compatibles recyclables. En considérant à la fois le solvant et l’enzyme, le projet ISEAPIM3 sera structuré autour de deux principaux axes de recherche. Le premier axe (société SEPAREX-LRGP-CRPP) étudiera l’usage combiné du CO2 supercritique (scCO2) haute densité (meilleur potentiel solubilisant) en tant que milIeu réactionnel avec la lipase B de Candida antarctica, disponible commercialement. Le second axe de recherche (LRGP-SRSMC-CRPP) étudiera l’usage d’une émulsion huile dans eau en tant que milieu réactionnel avec des aminoacylases découvertes et produites au LRGP à partir de Streptomyces ambofaciens. Afin d’éviter les phénomènes de lessivage en réacteur continu, l’immobilisation par liaisons covalentes (éventuellement réversible afin de pouvoir réutiliser les matériaux avec de l’enzyme fraîche si celle-ci montre une stabilité limitée) ou agrégats d’enzymes réticulées (CLEAs) sera privilégiée. Cependant, par praticité, la très connue CAL B immobilisée par adsorption sur billes macroporeuses d’acrylique, et commercialisée sous le nom de NOVOZYM 435, sera utilisée comme référence pour les réactions sous scCO2. La stabilité catalytique du biocatalyseur sera systématiquement recherchée dans le triptyque « support-mode d’immobilisation-paramètres du procédé». Un aspect original de ce projet sera aussi l’utilisation de supports innovants siliceux macroporeux (Si(PHIPEs)), ou méso-macroporeux (SBA15-Si(HIPEs)), monolithiques ou en billes, pour l’immobilisation des enzymes (CRPP et SRSMC). La taille des pores autant que celle des ouvertures inter-pores de ces matériaux peut être contrôlée. Les supports monolithiques sont par ailleurs plus faciles à manipuler que les billes utilisées en réacteur à lit fixe (PBR) et peuvent posséder une plus grande surface accessible pour l’immobilisation d’enzymes par unité de volume de réacteur. Etant donnés les nombreux facteurs impliqués dans les procédés continus utilisés (température, pression, débit, densité du CO2, porosité…), des outils de planification d’expériences seront combinés à un processus structuré d’intensification de procédés alimenté par les données expérimentales afin de réduire le nombre d’expériences requises et d’acquérir une compréhension mécanistique des facteurs limitants et des leviers sur lesquels jouer pour optimiser le procédé. Les produits synthétisés, dont deux sont d’un intérêt direct pour le partenaire industriel producteur de biosurfactants de ce projet (SEPPIC), seront soumis à des tests techno-fonctionnels et biologiques. Enfin, la connaissance acquise durant le projet sera utilisée pour l’établissement d’une analyse de cycle de vie (ACV) afin de voir si nos procédés intensifiés d’acylation enzymatiques peuvent effectivement constituer une rupture technologique viable par rapport à l’acylation chimique de Schotten-Baumann.