Production efficace d'acide 3-hydroxypropionique par une cascade de conversion mettant en oeuvre des bactéries lactiques puis des bactéries acétiques en bioréacteurs
Résumé
Les procédés biotechnologiques permettant de produire des molécules "plateformes" bio-sourcées d’intérêt pour la chimie suscitent un grand intérêt dans le contexte de la bioéconomie. L'acide 3-hydroxypropionique (3-HP) a été identifié comme une cible prioritaire par le Département américain de l'énergie [1]. Notre projet porte sur une approche intégrée utilisant une cascade de conversions microbiennes pour la production de 3-HP à partir de glycérol. Le glycérol est d'abord converti en un mélange équimolaire de 1,3-propanediol (1,3-PDO) et de 3-HP en utilisant Lactobacillus reuteri, récoltée après croissance sur un milieu à base de glucose. Dans notre étude, les effets de 11 facteurs nutritionnels et environnementaux rencontrés par les bactéries au cours de leur croissance en bioréacteur sur leur capacité à effectuer la bioconversion ultérieure ont été évalués [2]. Après récolte et concentration de la biomasse cellulaire, la bioconversion est réalisée en fournissant
progressivement le glycérol aux bactéries, pour éviter l’accumulation de l’intermédiaire aldéhyde inhibiteur. Des valeurs de pH et de vitesse spécifique d’alimentation en glycérol permettant d’augmenter les performances de production en bioréacteur ont été identifiées. Les conditions
choisies ont significativement amélioré la concentration finale en 3-HP (+ 20 %) et la productivité (+ 38 %). Pour augmenter le rendement global [3], le 1,3-PDO a été sélectivement oxydé en 3-HP par Acetobacter cerevisiae. Après croissance sur glycérol et sans récolte cellulaire, une stratégie d'alimentation en substrat basée sur le contrôle du pH a été mise en place, en utilisant une solution équimolaire de base et de 1,3-PDO [4]. Trois niveaux de pH ont été testés : 5,0, 4,5 et 4,0. Des concentrations élevées ont ainsi été atteintes (> 60 g.L-1 à pH 5,0) malgré un impact majeur du pH (~10 g.L-1 à pH 4,0), avec un rendement de conversion proche de 1 mole.mole-1. La productivité spécifique maximale a atteint environ 2 g3-HP.gbiomasse.h-1, quel que soit le pH [4]. La faisabilité d’une bioconversion extractive, correspondant au couplage à un procédé d’extraction liquide-liquide réactive, a été démontrée. Parallèlement, un modèle cinétique du bioprocédé a été développé pour
mieux décrire les phénomènes bactériens impliqués et définir une stratégie efficace de contrôle du bioprocédé [5]