Squalène et son importance industrielle

Le squalène est un exemple d’une molécule utilisée de plus en plus dans le domaine pharmaceutique, nutraceutique et cosmétique pour ses propriétés bioactives. Il est un antioxydant puissant, un produit anticancéreux, détoxifiant, et immunoprotecteur.96 _Cette molécule, identifiée à l'origine au début du 20e siècle par Tsujimoto dans l’huile de foie de

requin, est un triterpène isoprénoide à trente atomes de carbone et cinquante atomes d'hydrogène, sous le nom de (E)2,6,10,15,19,23-Hexaméthyl-2,6,10,14,18,22- tétracosahexène.

La présence de six doubles liaisons isolées fait en sorte que la molécule de squalène est très réactive et instable lors de l’oxydation dans les peroxydes indésirables. Pour cette raison, la société française d'ingrédients cosmétiques Laserson & Sabetay, connue sur le nom de Cosbioly, a opté au début des années 1950 pour la version saturée du squalène. Le squalane obtenu par l’hydrogénation catalytique du squalène (Figure 1.4) est une molécule hautement stable à l’oxydation, au rancissement et à la chaleur.97 _{Il s’agit d’une huile incolore, inodore,}

insipide et non irritante qui présente une grande capacité de pénétration dans la peau humaine, ce qui lui donne de la souplesse, sans effets gras ou nocif.98, 99

Figure 1.4 Hydrogénation catalytique du squalène en squalane.

Cet hydrocarbure entièrement saturé a facilement été adopté par les formulateurs cosmétiques. En raison de ses propriétés remarquables, le squalane est l’émollient le plus

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connu dans les industries cosmétiques et de soins personnels. De plus, le squalane est utilisé comme source naturelle dans la synthèse de tous les stérols végétaux et animaux, y compris le cholestérol, les hormones stéroïdes et la vitamine D dans le corps humain. Le squalane a récemment été utilisé comme adjuvant immunologique dans les vaccins et comme antioxydant.100

Pendant des décennies, la matière première principale du squalène a été le foie de petits requins qui vivent dans les eaux profondes. Environ 25 % du poids d'un petit requin (poids moyen de 100 kg) est représenté par le foie, qui contient environ 50 % d'huile, dont 80 % de squalène. Du squalène, d'une pureté supérieure à 98 % est obtenu directement à partir de l'huile de foie après une simple étape de distillation sous vide à des températures de 200-230 °C. Cependant, pour obtenir une tonne de squalène il faut environ 3000 des requins. Chaque année, près de 2,7 millions de requins ont été tués pour répondre à la demande mondiale de squalane uniquement dans les industries des cosmétiques.101

À la fin des années 1990, l'appauvrissement massif de la population de requins d'eau profonde a amené l'Union européenne à réduire la pêche aux requins d'eau profonde à des quotas sévères.102 Ainsi, les entreprises de cosmétiques ont été obligées de remplacer le squalène d'origine animale par le squalène obtenu à partir des sources végétales, connu sur le nom de phytosqualène. Dans les dernières années, la majeure partie du squalane sur le marché provient de sources végétales, notamment le riz, le germe de blé, les graines d'amarante et plus importante encore, les olives. Cependant, en raison du faible pourcentage de squalène ces sources ne se sont pas avérées rentables.

En 2008, à la suite des campagnes menées par la société civile, L'Oréal et Unilever ont été contraints d’éliminer le squalane des requins de leurs marques cosmétiques au profit du squalane obtenu à partir de sources végétales renouvelables commercialisées par les agriculteurs et les exportateurs méditerranéens et nord-africains. Aujourd’hui, l'huile d'olive raffinée est utilisée comme source primaire pour obtenir un squalène d’une pureté de 80-85 %. Cependant, en raison de la faible teneur en squalène de 0,4 à 0,6 %,103 _{l’huile d’olive est}

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une source non durable et couteuse, réduisant la consommation de squalane d’un tiers et augmentant considérablement le prix de vente.104

Le besoin de squalène du marché a ouvert d’autres domaines de recherche pour développer des méthodes plus économiques pour la production du squalène. Ainsi, les chercheurs d'Hispano Quimica (branche de BASF) ont mis au point une nouvelle méthode de production de squalène à partir de l'huile d'olive, à la fin des années 1980.105 En raison de sa faible concentration, l'extraction du squalène directement à partir de l'huile d'olive n'est pas économique. Cependant, ils ont constaté que, si les effluents gazeux récupérés par condensation de la partie insaponifiable de l’huile d’olive, appelés distillats désodorisants (DD) ou huiles de raffinage physiquement condensées (en anglais OPRCs), sont utilisés à la place de l'huile vierge, la production de squalène devient plus rentable, avec 30 % de squalène.106

Ainsi, deux procédés d'extraction sont utilisés de façon alternative. L'un est basé sur l'estérification d'acides gras distillés pour obtenir des triglycérides, dont le squalène de haute pureté (> 95 %) est séparé par distillation sous vide. Le deuxième procédé consiste à extraire la fraction insaponifiable avec de l'hexane pour obtenir du squalène d’une pureté maximale de 82-83 % (riche en paraffine saturée extraite avec le solvant). En utilisant cette nouvelle méthode, la quantité de squalène obtenue per kilogramme d'huile désodorisante distillée augmente de 100 g à 300 g,107 Cependant, il faut environ 70 h de traitement pour obtenir du squalène d'huile d'olive d'une pureté supérieure à 92 %, alors qu’il ne faut que 10 heures pour produire du squalène à partir d’huile de foie de requin d'une pureté supérieure à 98 %. En tenant compte également du fait qu'un hectare de terre peut produire jusqu'à 50 kg de squalane à partir de sous-produits d'huile d'olive, cela explique pourquoi le squalane d’olive est 30 % plus cher que le squalane de foie de requin.108

Plus récemment, Amyris Inc a commencé à produire du squalane par un procédé de biotechnologie à partir de trans-β-farnesène en tant que matière première.109 Le trans-β- farnesène est un sesquiterpène à 15 atomes de carbone issu de la fermentation de saccharose de canne à sucre sur des souches de levure de Saccharomyces cérévisiae modifiées

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génétiquement.110 Dans une première étape, le trans-β-farnesène est converti en squalène par dimérisation catalytique sur un catalyseur de Pd (II). Dans une seconde étape, le squalène est hydrogéné catalytiquement in situ dans du squalane. Comme le trans-β-farnesène est un hydrocarbure de haute pureté par rapport au squalène d’olive qui contient des impuretés, les produits et les sous-produits résultants de ce procédé sont également des hydrocarbures de haute pureté. Le Tableau 1.2 montre les principaux produits obtenus par le procédé décrit.

Tableau 1.2 Composition du squalane dérivé de la canne à sucre. Adapté d’Amyris Inc.111

Entrée Composé Pourcentage Structure

1 Squalane 92-94 %

2 Isosqualane 3-5 %

3 Monocyclosqualane 1-3 %

4 Hemisqualane (C15) 0-1 %

5 Sesquisqualane (C45) 0-1 %

En additionnant les quantités typiques des trois premières espèces, le squalane dérivé de sucre de canne, ainsi que le squalane de foie de requin à haute pureté, est composé d’hydrocarbures à 30 atomes de carbone sur 99 % et présente les mêmes caractéristiques (odeur, densité, indice de réfraction et viscosité) étant à la fois renouvelable et écologique.111 Ainsi, le phytosqualane de canne à sucre, également connu sous le nom de Neossance avec une pureté de 92-94 %, a le potentiel de remplacer à la fois l’huile de foie de requin et l'huile d'olive, puisqu’un hectare de plantation de canne à sucre peut produire jusqu'à 2500 kg de squalane (Tableau 1.3).107, 112 _{L’avantage réel de Neossance pourrait être son coût, tandis que le}

squalane d'huile d'olive coûte 30 % de plus que celui de requin. Le squalane biosynthétique d'Amyris pourrait être l’option la moins chère pour le squalane d'olive.

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Tableau 1.3 Comparaison du squalane obtenu de différentes sources. Adapté d’Amyris

Inc.111 Composition Squalane de foie de requin Squalane d’olive Squalane de canne à sucre Squalane C30H62 99 % 92-94 % 92-94 % C30 content 99 % 92-94 % 99 % Constituants mineurs Non

Principalement des esters de phytostérol, des acides gras libres

et des cires à longue chaîne

Isomères du squalane C30

Les résultats prometteurs d’Amyris Inc dans la production de squalène/squalane par la fermentation de saccharose de canne à sucre ont ouvert de nouveaux domaines de recherche pour tester de nouvelles sources plus économiques. Ainsi, d'autres sociétés comme Nucelis utilisent des matières premières tel que le glycérol au lieu du saccharose pour produire du squalène/squalane dans des processus de fermentation similaires sur des levures génétiquement modifiées.113

Au cours des dernières années, le squalène a également été produit par la fermentation de microalgues, en particulier de microalgues provenant de la famille des Thraustochytriales sp. Ces microalgues produisent également du squalène en l’absence de lumière (conditions hétérotrophiques), en utilisant du glucose comme source de carbone. Dans ce procédé, le squalène est obtenu en tant que co-produit d'autres composés lipidiques d'intérêt, tel que l'acide docosahexaénoïque (DHA), un acide gras polyinsaturé. Cepandant, le squalène synthétisé naturellement en présence de microorganismes est obtenu en petites quantités de l’ordre de 0,1 à 1,2 mg g-1 _{de biomasse.}

En 2013, la société Roquette Freres a considérablement amélioré la production de squalène grâce aux microalgues Thraustochytriales sp. Ils ont mis au point un procédé qui permet de produire du squalène à un niveau encore jamais atteint dans la littérature, au moins 8 g de squalène pour 100 g de biomasse. Cependant, même si les microalgues des Thraustochytriales sp. permettent également de produire une quantité appréciable de

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squalène, le procédé développé doit encore être amélioré pour répondre aux besoins du marché (alimentaire, cosmétique et surtout médical).114

Le squalène se retrouve aussi dans l'huile de palme en pourcentage très faible, de 0,06 à 0,10 %, ou dans le distillat des acides gras de palme, à 0,8 %.115 On le trouve également dans d’autres huiles de céréales telles que l’huile de graines d’amarante de germes de blé.116 L’huile obtenue à partir de graines d’amarante peut également devenir une source importante de squalène végétale au fil du temps, car ses concentrations sont supérieures à celles de l'huile d’olive, de 6 à 8 %.117 _{L'industrie des cosmétiques est déjà le plus grand consommateur} d'huile de graines d'amarante sur le marché. Cette industrie a acheté plus de 60 % du marché en 2013.118