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Submitted on 6 Nov 2019
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Concentration des lipides issus de Parachlorella kessleri en voie humide : effet de la destruction cellulaire sur la
performance du procédé de fractionnement par membrane
Shuli Liu, Laurence Lavenant, Patrick Bourseau, Luc Marchal, M. Frappart, Estelle Couallier
To cite this version:
Shuli Liu, Laurence Lavenant, Patrick Bourseau, Luc Marchal, M. Frappart, et al.. Concentration des lipides issus de Parachlorella kessleri en voie humide : effet de la destruction cellulaire sur la performance du procédé de fractionnement par membrane. 17ème Congrès de la Société Française de Génie des Procédés SFGP 2019, Oct 2019, Nantes, France. �hal-02347015�
Bioraffinage de microalgues
Perspectives
:
Plan d’expérience et résultats:
➢ Maximiser le taux de libération des molécules cibles en phase aqueuse ➢ Réduire la génération de particules fines
➢ Meilleure compréhension des interactions et optimisation des conditions de séparation
➔
stratégies de fractionnement pour récupérer des
fractions enrichies en lipides ou composés hydrosolubles issus des microalgues.
Centrifugation
Broyage
… 40-50% Lipides présents dans la cellule AlimentationUltrafiltration
RétentatConcentration des lipides issus de Parachlorella kessleri en voie humide :
effet de la destruction cellulaire sur les performances du procédé de fractionnement par membrane
➢ Bioraffinage de microalgues ➔ Fractionnement des lipides et des protéines hydrosolubles; composés valorisables en énergie, agroalimentaire, pharmacie ou cosmétique.
➢ Après destruction cellulaire, les composés issus des cellules se réorganisent dans la phase aqueuse et forment un mélange complexe, notamment riche en lipides. Les procédés membranaires semblent bien adaptés pour leur fractionnement.
➢ Conditions de broyage et de clarification déterminent la quantité de molécules cibles libérées dans la phase aqueuse, l’état de ces molécules et leur organisation dans le mélange complexe, qui impactent directement la qualité de la séparation.
Objectif
➔
Coupler une opération de destruction cellulaire douce et de filtration efficace pour le fractionnement des lipides et des protéines
(MS ajustée à 5g/L)
➢ Réduire l'activité enzymatique lors du broyage
➢ Eviter l'oxydation des protéines pendant le processus
4% Medium sugars 1% Medium proteins 19% Ash 46% Sugars 26% Proteins 28% Lipids Biomass 76%
Paramètres fixés Paramètres variés
➢Débit 150ml/min ➢Remplissage 80% ➢Vitesse rotation 8m/s ➢Billes de verre 0,65mm ➢Nombre de passages (1-4) ➢pH (neutre/basique) ➢Antioxydant (20mM Na2O5S2) ➢ 3000g à 20°C
➔ applications à grande échelle peu coûteuses
Centrifugation
Broyage à billes
(Gunerken. 2015)
Ultrafiltration:
➢ Filtration frontale agitée Amicon© ➢ Mode concentration à FRV3
➢ Membrane: Polyacrylonitrile 500KDa Polyéthersulfone 0,1µm
Parachlorella kessleri
➢ Carence en azote; stress lumineux
➔ riche en lipides
Culture PBR en colonne
✓ Génération de particules fines ➔ récupérées dans le surnageant à filtrer: risque de colmatage
✓ Nombre de passages augmenté ➔ génération d'agrégats ➔ augmentation % récupération insolubles
✓ 2 passages dans le broyage à billes ont été choisis ➔
récupération maximum de la fraction soluble, bonne filtrabilité du surnageant
Shuli LIU
1, 2, Laurence LAVENANT
1, 3, Patrick BOURSEAU
1,4, Luc MARCHAL
1, Matthieu FRAPPART
1et Estelle COUALLIER
1*shuli.liu@univ-nantes.fr
3Laboratoire BIA, INRA, France 4Université Bretagne Sud, IRDL, France
1CNRS, GEPEA, Université de Nantes, France 2ADEME, France
✓ Récupération protéines dans la phase aqueuse:
pH9+Na2O5S2 > pH7,3+Na2O5S2 >> pH9 > pH7,3
✓ Solubilisation de protéines dans la phase aqueuse
augmente en condition basique en présence
d’antioxydant Na2O5S2 ➔ Plus de matière, plus de colmatage ➔ flux J diminué
QR
Code
Rendement de récupération dans surnageants à filtrer0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 J surnag ea n t / J H 2O FRV PAN500KDa_non antioxydant_pH7,3 PAN500KDa_Na2O5S2_pH7,3 PAN500KDa_Na2O5S2_pH9 PES0,1µm_non antioxydant_pH7,3 PES0,1µm_Na2O5S2_pH7,3 PES0,1µm_Na2O5S2_pH9
Flux de perméat relatif au cours de la concentration
Condition pH et utilisation
antioxydant
0 20 40 60 80 100 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 % so lubilit é pr ot éinepH du broyat après 1h stabilisation
Solubilité de protéines dans la phase aqueuse en fonction du pH de broyage Surnageants 1-4 passages 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 Densit é V olume (%) Classes de taille (µm) [104] Biomasse intacte [106] Broyat 1er passage [107] Broyat 2ème passage [108] Broyat 3ème passage [109] Broyat 4ème passage
[111] Surnageant 2ème passage
Nombre de passages
* * *
*Fractions solubles/colloïdes: fractions restent dans la phase aqueuse après centrifugation 13000g à 15min
(Clavijo.2017)
Références:
Clavijo Rivera E, Montalescot V, Viau M, et al (2018) Mechanical cell disruption of Parachlorella kessleri microalgae: Impact on lipid fraction composition. Bioresource Technology 256:77–85. doi: 10.1016/j.biortech.2018.01.148.
Günerken, E., D’Hondt, E., Eppink, M.H.M., Garcia-Gonzalez, L., Elst, K., Wijffels, R.H., 2015. Cell disruption for microalgae biorefineries. Biotechnol. Adv. 33, 243–260.
✓ Condition de fractionnement
choisis ➔ PES0,1µm + 20mM Na2O5S2 à pH7,3
