Synthèse enzymatique de surfactants sucrés dans le CO2 supercritique

(1)

réaction non favorisée réaction non favorisée

La CALB est préalablement incubée dans le Sc-CO à 200 bars et 60°C à différents temps pour plusieurs cycles de

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Estérification du D-Mannose catalysée par la lipase B de Candida antarctica immobilisée (CALB)

Au delà d’une température et une pression spécifiques (le point critique; 31,1°C et 73,8 bars), le CO2devient un fluide supercritique et possède des propriétés très particulières comprises entre celles d’un fluide à l’état gazeux et d’un liquide. Il est alors caractérisé par une grande diffusivité (de l’ordre de celle des gaz) et une densité élevée (de l’ordre de celle des liquides) qui le dotent d’une capacité de transport et d’extraction importante. Le CO2 supercritique (Sc-CO2) a de nombreux avantages (respectueux de l’environnement, non inflammable…) et constitue une alternative intéressante aux solvants organiques.1_{Bien qu’il y ait de nombreux exemples dans la} littérature d’estérification de sucres catalysée par les lipases en milieux organiques,2-4_{peu de travaux décrivent la} synthèse enzymatique d’esters de sucres dans le Sc-CO2.5-9

Solubilité des acides aliphatiques dans le Sc-CO

2

à 60°C

Effet du Sc-CO

2

sur le D-Mannose

A: taille des particules 50-107 µm B: taille des particules 17-35 µm La pressurisation/dépressurisation a un effet important sur leD-Mannose et conduit à la diminution de la taille des particules

Fig 2. Réacteur haute pression Fig 1. Diagramme de phase pression-température du CO2

A B

Fig 4. Images SEM des particules de

D-Mannose avant (A) et après (B) un séjour dans le Sc-CO2(220 bars) D-Mannose (0,1M)

+

tert tert--BuOHBuOH (10mL) (10mL) OH O 10 Acide myristique (0,6M) Sc Sc--COCO22,, 30mL, 220 bars 30mL, 220 bars Rdt Rdt = 55%= 55% ((αα//ββ90/10)90/10)

•D-Mannose non soluble • Lipase immobilisée • Stabilité de la lipase ? • Solubilité des acides ?

O H HO H HO OH OH H H H OH O HO HO OH OH O CH3 O 10

Synthèse Enzymatique de Surfactants Sucrés dans le CO

2 Supercritique

A.Favrelle,a*_A.Brognaux,b,c,d_A.Debuigne,a_G.Richard,b_M.Deleu,c_K.Nott,b_{J.-P.Wathelet,}b_C.Blecker,d_M.Paquot,c_C.Jérôme.a

*Audrey.Favrelle@ulg.ac.be

a_{CERM, Université de Liège, Sart-Tilman, Bat B6a, B-4000 Liège}

b,c, d _{Faculté Universitaire des Sciences Agronomiques de Gembloux, B-5030 Gembloux}

130 145 190 232 0 50 100 150 200 250 6 8 10 12 14 16 Carbons P re s s io n ( b a r) Carbones

Stabilité de la lipase B de Candida antarctica immobilisée dans le Sc-CO

2 Plus la chaîne

aliphatique est longue moins l’acide

est soluble Fig 3. Réacteur haute

pression avec fenêtre en Saphir A B CALB (20mg) CALB (20mg) 60 60°°C, 48hC, 48h 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 untreated 2h 2x2h 3x2h v i (g /L /h ) 0 10 20 30 40 50 60

Cycles (with stirring)

C o n v e rs io n a t 4 8 h (% ) vi Conversion 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

untreated 30min 30min + 2x1h

30min + 4x1h

Cycles (without stirring)

v i (g /L /h ) 0 10 20 30 40 50 60 C o n v e rs io n a t 4 8 h (% ) vi Conversion Témoin

Cycles (avec agitation) Cycles (sans agitation)

C o n ve rsi o n à 4 8 h (% ) C o n ve rsi o n à 4 8 h (% ) Témoin 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 untreated 2h 16h

Cycle (with stirring)

v i (g /L /h ) 0 10 20 30 40 50 60 C o n v e rs io n a t 4 8 h (% ) vi Conversion 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 untreated 24h 120h

Cycle (w ithout stirring)

v i (g /L /h ) 0 10 20 30 40 50 60 C o n v e rs io n a t 2 4 h (% ) vi Conversion Témoin Témoin

Cycle (avec agitation)

C o n ve rsi o n à 4 8 h (% ) C o n ve rsi o n à 2 4 h (% )

Cycle (sans agitation)

La CALB est préalablement incubée dans le Sc-CO2 à 200 bars et 60°C à différents temps pour plusieurs cycles de pressurisation/dépressurisation. La lipase, récupérée après dépressurisation du réacteur, est ensuite utilisée comme catalyseur dans les réactions d’estérification duD-Mannose avec l’acide myristique dans le tert-BuOH à 60°C et pression atmosphérique. Pour comparaison, la même réaction d’estérification est également catalysée par la lipase non incubée (non traitée = témoin). (vi = vitesse initiale)

Effet des cycles de pressurisation/dépressurisation Effet des cycles de pressurisation/dépressurisation

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Références Références 1

1P.DegnP.Degn et alet al., ., Biotechnology LettersBiotechnology Letters, 1999, , 1999, 2121, 275, 275--280280

2

2J.YuJ.Yu et alet al., ., Catalysis CommunicationsCatalysis Communications, 2008, , 2008, 99, 1369, 1369--1374 1374

3

3S.SabederS.Sabeder et alet al., ., Journal of Food EngineeringJournal of Food Engineering, 2006, , 2006, 7777, 880, 880--886 886

4

4M.FerrerM.Ferrer et alet al., ., Enzyme and Microbial TechnologyEnzyme and Microbial Technology, 2005, , 2005, 3636, 391, 391--398398

5

5H.P.TaiH.P.Tai et al., Journal of Supercritical Fluidset al., Journal of Supercritical Fluids, 2009, , 2009, 4848, 36, 36--4040

6

6M.HabulinM.Habulin et al., Journal of Supercritical Fluidset al., Journal of Supercritical Fluids, 2008, , 2008, 4545, 338, 338--345345

7

7 S.SabederS.Sabeder et al.,et al., CI&CEQCI&CEQ, 2006, , 2006, 1212, 147, 147--151151

8

8S.SabederS.Sabeder et alet al., ., Industrial and Engineering Chemistry ResearchIndustrial and Engineering Chemistry Research, 2005, , 2005, 44

44, 9631, 9631--96359635

9

9C.TsitsimpikouC.Tsitsimpikou et alet al., ., Journal of Chemical Technology and Journal of Chemical Technology and Biotechnology

Biotechnology, 1998, , 1998, 7171, 309, 309--314314

Conclusions

Remerciements:

Remerciements: Le projetLe projet « Superzyme » est financé par la Communauté Française de Belgique dans le cadre du programme « d’ Action de Recherches Concertées – ARC » Activité préservée, faible effet sur le taux de

conversion mais diminution de la vitesse initiale. Destruction du support de l’enzyme: effet de

l’agitation ou de la dépressurisation?

Activité préservée, faible effet sur le taux de conversion et sur la vitesse initiale. Pas

d’effet de la dépressurisation

Cette étude préliminaire nous a permis d’évaluer l’influence de divers paramètres tels que la solubilité des acides dans le Sc-CO2et l’effet du Sc-CO2 sur le D -Mannose et la CALB. La synthèse enzymatique d’esters de sucre dans le Sc-CO2 semble être une approche prometteuse, peu décrite dans la littérature, mais d’autres facteurs doivent encore être évalués (influence de l’eau dans le milieu, pression, température…) afin de favoriser la réaction d’estérification dans un tel milieu.

Pas d’effet du Sc-CO2sur

l’activité de la lipase

Effet important de l’agitation conduisant à la destruction du support

d’immobilisation

Activité préservée après plusieurs cycles de pressurisation/dépressurisation Faible effet sur la vitesse initiale

et le taux de conversion

Effet