Nous avons donc préparé six échantillons selon la description proposée précédement. Les photos des mousses obtenues sont présentées dans la Figure III.12.
Nous avons obtenu des mousses de textures différentes selon le % d‘HDL utilisé. Au-delà de 5 % en HDL, nous avions des solutions hétérogènes. Les mousses lyophilisées correspondantes se sont effritées facilement.
Figure III.12: Photos des mousses obtenues
Les DRX des mousses de xanthane et du CMC ont été enregistrés et sont représentés dans les Figure III.13 et Figure III.14. La présence des pics caractéristiques de l‘HDL confirme l‘absence d‘une modification de sa structure par le polysaccharide : le polysaccharide n‘est pas intercalé durant le processus. Ces pics sont d‘autant mieux définis avec l‘augmentation du pourcentage de l‘HDL dans le réseau polymérique.
150 0 10 20 30 40 50 60 70 80 2% HDL 5% HDL 0,25% HDL 0,5% HDL 1% HDL In te n si té (u .a .) 2 Theta 0% HDL
Figure III.13 : DRX des mousses à base de xanthane
0 10 20 30 40 50 60 70 80 2% HDL 5% HDL 1% HDL 0,25% HDL 0,5% HDL In te n si té (u .a .) 2 théta (°) 0% HDL
Figure III.14 : DRX des mousses à base de CMC
Les images MEB des mousses obtenues montrent des structures fortement poreuses, aussi bien pour le CMC (Figure III.15-A) que pour le xanthane (Figure III.15-C). Cependant, la présence de l‘HDL (0.25% en solution) ne modifie pas cette structure dans le cas du CMC (Figure III.15Figure III.15-B). Dans le cas du xanthane, l‘HDL modifie clairement la structure du polysaccharide et on observe la formation de feuillets de polysaccharide dans ce cas (Figure III.15-D).
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Figure III.15 : Clichés MEB des mousses A) CMC (0% HDL) B) CMC (0.25% HDL) C) xanthane (0% HDL) D) xanthane (0.25% HDL)
Nous avons ensuite testé la stabilité de ces mousses dans l‘eau sous agitation. Nous avons trouvé qu‘en immergeant les mousses lyophilisées, celles à base de CMC sont dissoutes en quelques minutes, celles à base de xanthane sont un peu plus résistantes, et sont dissoutes complètement en 3h.
La réticulation était un peu plus forte et la mousse plus résistante en diminuant le % en polysaccharide à 0.2% et en augmentant celui en HDL à 1.5%. Cependant, le résultat était toujours insatisfaisant pour des applications en biocatalyse.
Vu la faible stabilité de ce type de réticulation dans l‘eau, les mousses obtenues ne peuvent pas être utilisées comme support d‘une enzyme. Ce type de polysaccharide peut être réticulé par liaison covalente. Cependant, ces réticulations se font souvent dans des conditions qui sont incompatibles avec une préservation de l‘activité enzymatique, par exemple la réticulation du CMC par l‘épichlorydrine à pH basique (11-12)267.
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III.4. Conclusion
Pour la première fois, l‘encapsulation de la FSAwt et du biohybride FSAwt@Mg2Al-HDL dans une matrice de polysaccharides a été étudiée. La littérature présentée dans le chapitre 1 et en introduction de ce chapitre ci, montre que la quantité d‘enzyme immobilisée est souvent basse, ce qui peut représenter un inconvénient quand on dispose d‘une enzyme de faible activité spécifique, telle que la FSAwt. En effet, on est alors confronté à une forme de dilution du catalyseur qui contraindrait à utiliser beaucoup de matériau pour arriver à catalyser efficacement une réaction. Nous avons cherché à immobiliser des quantités de FSAwt du même ordre de grandeur que celles dans l‘HDL. Malheureusement, le résultat est plus décevant dans les polysaccharides que dans le matériau inorganique. Les polyoses sont moins efficaces pour contenir l‘enzyme. Par ailleurs, l‘expérience sur le broyage des billes montre que l‘enzyme est assez inaccessible dans l‘ ι -carraghénane. Les propriétés mécaniques ne sont pas très bonnes non plus et si l‘idée de réaliser les synthèses dans du KCl a porté ses fruits, cela reste un inconvénient pour des applications en synthèse car cela complique la purification des produits. Ainsi le matériau inorganique reste le meilleur pour encapsuler l‘aldolase seule.
L‘association des deux méthodes d‘immobilisation est intéressante puisqu‘elle permet dans le principe de nanostructurer l‘enzyme dans l‘HDL, aux propriétés de surface et d‘échange anionique très favorables à l‘encapsulation des enzymes, puis de macrostructurer le biohybride FSAwt@Mg2Al-HDL dans une matrice de polysaccharides facilitant la séparation du biocatalyseur et préservant les propriétés structurales et biologiques de l‘enzyme. Si on compare avec le système FSA@polysaccharide, l‘utilisation de l‘enzyme immobilisée au préalable dans l‘HDL, a permis d‘augmenter l‘activité encapsulée. Nous pensons que cela peut être dû aux interactions électrostatiques favorables entre les chaines de polysaccharide et les feuillets d‘HDL. C‘est le résultat le plus remarquable de ce travail.
La caractérisation du bionanocomposite FSAwt@Mg2Al-HDL/ι-Carr, confirme l‘encapsulation du biohybride FSAwt@Mg2Al-HDL dans les billes d‘ι-carraghénane. La FSAwt est associée préférentiellement aux feuillets d‘HDL après l‘encapsulation du biohybride FSAwt@Mg2Al-HDL dans les billes. L‘HDL joue donc deux rôles importants : c‘est une structure hôte de l‘enzyme ainsi qu‘un réticulant pour les chaines d‘ι-carraghénane.
L‘efficacité catalytique des billes FSAwt@Mg2Al-HDL/ι-Carr, a été démontrée en lançant une réaction d‘aldolisation entre l‘hydroxyacétone et le formaldéhyde. Le produit a été obtenu avec un rendement de 80%. De plus, un gain de recyclabilité a été trouvé en faisant la réaction dans du KCl 1M, qui contribue au maintien de la cohésion structurale des billes sans inhiber l‘enzyme. L‘enzyme immobilisée était réutilisable pour 4 cycles sans une perte significative d‘activité.
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L‘autre approche qui consistait à structurer d‘abord l‘HDL et le polysaccharide sous forme de mousse n‘a pas été concluante. Cette matrice est trop soluble dans l‘eau.
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