OA18637A - Procédé de production de polyhydroxyalcanoates (PHA) à partir du jus de pomme de cajou. - Google Patents
Procédé de production de polyhydroxyalcanoates (PHA) à partir du jus de pomme de cajou. Download PDFInfo
- Publication number
- OA18637A OA18637A OA1201800089 OA18637A OA 18637 A OA18637 A OA 18637A OA 1201800089 OA1201800089 OA 1201800089 OA 18637 A OA18637 A OA 18637A
- Authority
- OA
- OAPI
- Prior art keywords
- pha
- concentration
- production
- apple juice
- polyhydroxyalkanoates
- Prior art date
Links
- 229920000903 Polyhydroxyalkanoate Polymers 0.000 title claims abstract description 126
- 239000005014 poly(hydroxyalkanoate) Substances 0.000 title claims abstract description 124
- 240000001407 Anacardium occidentale Species 0.000 title claims abstract description 57
- 235000015197 apple juice Nutrition 0.000 title claims abstract description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 66
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 claims abstract description 43
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 34
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 229920000704 biodegradable plastic Polymers 0.000 claims abstract description 22
- 230000000813 microbial Effects 0.000 claims abstract description 19
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims abstract description 18
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims abstract description 18
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 8
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 claims description 30
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims description 20
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims description 20
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- WRUGWIBCXHJTDG-UHFFFAOYSA-L magnesium sulfate heptahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.[Mg+2].[O-]S([O-])(=O)=O WRUGWIBCXHJTDG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- GNSKLFRGEWLPPA-UHFFFAOYSA-M Monopotassium phosphate Chemical compound [K+].OP(O)([O-])=O GNSKLFRGEWLPPA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 7
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 7
- 229910000402 monopotassium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 235000019796 monopotassium phosphate Nutrition 0.000 claims description 7
- QDHHCQZDFGDHMP-UHFFFAOYSA-N monochloramine Chemical compound ClN QDHHCQZDFGDHMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K Iron(III) chloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 5
- 229940061634 Magnesium sulfate heptahydrate Drugs 0.000 claims description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 4
- CLEJXNXDIYBJSQ-UHFFFAOYSA-L calcium;dichloride;heptahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.[Cl-].[Cl-].[Ca+2] CLEJXNXDIYBJSQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- JWEBAGKDUWFYTO-UHFFFAOYSA-L disodium;hydrogen phosphate;decahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Na+].[Na+].OP([O-])([O-])=O JWEBAGKDUWFYTO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 claims description 2
- 229920002792 polyhydroxyhexanoate Polymers 0.000 claims description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 abstract description 27
- 239000011707 mineral Substances 0.000 abstract description 27
- 241001528539 Cupriavidus necator Species 0.000 abstract description 13
- 244000005700 microbiome Species 0.000 abstract description 12
- 230000012010 growth Effects 0.000 abstract description 9
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 abstract description 6
- 230000037348 biosynthesis Effects 0.000 abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 abstract description 3
- 239000002609 media Substances 0.000 description 33
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 30
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 26
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 16
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N D-Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 13
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 13
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- BJHIKXHVCXFQLS-UYFOZJQFSA-N Fructose Natural products OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C(=O)CO BJHIKXHVCXFQLS-UYFOZJQFSA-N 0.000 description 10
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 229920000331 Polyhydroxybutyrate Polymers 0.000 description 7
- WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N Benzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1 WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 6
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007003 mineral medium Substances 0.000 description 6
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 6
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 6
- 229920002496 poly(ether sulfone) Polymers 0.000 description 6
- 239000005015 poly(hydroxybutyrate) Substances 0.000 description 6
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N β-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 6
- 239000005715 Fructose Substances 0.000 description 5
- 239000007836 KH2PO4 Substances 0.000 description 5
- 125000004432 carbon atoms Chemical group C* 0.000 description 5
- 235000020226 cashew Nutrition 0.000 description 5
- NQXWGWZJXJUMQB-UHFFFAOYSA-K iron trichloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Cl-].Cl[Fe+]Cl NQXWGWZJXJUMQB-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 5
- 235000014571 nuts Nutrition 0.000 description 5
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 5
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 5
- 235000001274 Anacardium occidentale Nutrition 0.000 description 4
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 4
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 4
- QHFQAJHNDKBRBO-UHFFFAOYSA-L calcium;dichloride;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Cl-].[Cl-].[Ca+2] QHFQAJHNDKBRBO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 108010010718 poly(3-hydroxyalkanoic acid) synthase Proteins 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 101710008266 ACOT12 Proteins 0.000 description 3
- 102100017923 ACOT12 Human genes 0.000 description 3
- OJFDKHTZOUZBOS-CITAKDKDSA-N Acetoacetyl-CoA Chemical compound O[C@@H]1[C@H](OP(O)(O)=O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OCC(C)(C)[C@@H](O)C(=O)NCCC(=O)NCCSC(=O)CC(=O)C)O[C@H]1N1C2=NC=NC(N)=C2N=C1 OJFDKHTZOUZBOS-CITAKDKDSA-N 0.000 description 3
- 241001550224 Apha Species 0.000 description 3
- 239000005711 Benzoic acid Substances 0.000 description 3
- 101710007433 FECH Proteins 0.000 description 3
- 238000009632 agar plate Methods 0.000 description 3
- 235000010233 benzoic acid Nutrition 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- DGLRDKLJZLEJCY-UHFFFAOYSA-L disodium;hydrogen phosphate;dodecahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Na+].[Na+].OP([O-])([O-])=O DGLRDKLJZLEJCY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- 239000012527 feed solution Substances 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 230000003834 intracellular Effects 0.000 description 3
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 3
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L magnesium sulphate Substances [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LWFUFLREGJMOIZ-UHFFFAOYSA-N 3,5-Dinitrosalicylic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC([N+]([O-])=O)=CC([N+]([O-])=O)=C1O LWFUFLREGJMOIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- REKYPYSUBKSCAT-UHFFFAOYSA-N 3-Hydroxypentanoic acid Chemical compound CCC(O)CC(O)=O REKYPYSUBKSCAT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HPMGFDVTYHWBAG-UHFFFAOYSA-M 3-hydroxyhexanoate Chemical compound CCCC(O)CC([O-])=O HPMGFDVTYHWBAG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 241000588986 Alcaligenes Species 0.000 description 2
- 229940105329 Carboxymethylcellulose Drugs 0.000 description 2
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N D-sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 2
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 2
- CZMRCDWAGMRECN-GDQSFJPYSA-N Sucrose Natural products O([C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](CO)O1)[C@@]1(CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-GDQSFJPYSA-N 0.000 description 2
- LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K Tripotassium phosphate Chemical compound [K+].[K+].[K+].[O-]P([O-])([O-])=O LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K [O-]P([O-])([O-])=O Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 2
- 235000021120 animal protein Nutrition 0.000 description 2
- 230000001580 bacterial Effects 0.000 description 2
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L cacl2 Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000010192 crystallographic characterization Methods 0.000 description 2
- 230000009089 cytolysis Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002934 lysing Effects 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000037353 metabolic pathway Effects 0.000 description 2
- -1 monosaccharide sugars Chemical class 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002572 peristaltic Effects 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 101710030099 ATHB-14 Proteins 0.000 description 1
- 241000208223 Anacardiaceae Species 0.000 description 1
- 241000194107 Bacillus megaterium Species 0.000 description 1
- BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-K Disodium phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]P([O-])([O-])=O BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-UUNJERMWSA-N Lactose Natural products O([C@@H]1[C@H](O)[C@H](O)[C@H](O)O[C@@H]1CO)[C@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](CO)O1 GUBGYTABKSRVRQ-UUNJERMWSA-N 0.000 description 1
- 241000220225 Malus Species 0.000 description 1
- XJLXINKUBYWONI-NNYOXOHSSA-N Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate Chemical compound NC(=O)C1=CC=C[N+]([C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](COP([O-])(=O)OP(O)(=O)OC[C@@H]3[C@H]([C@@H](OP(O)(O)=O)[C@@H](O3)N3C4=NC=NC(N)=C4N=C3)O)O2)O)=C1 XJLXINKUBYWONI-NNYOXOHSSA-N 0.000 description 1
- YCUINIMDPNCDHB-UHFFFAOYSA-N O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Na].[Na] Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Na].[Na] YCUINIMDPNCDHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101700079158 PHB Proteins 0.000 description 1
- QVLTXCYWHPZMCA-UHFFFAOYSA-N PO4-PO4 Chemical compound OP(O)(O)=O.OP(O)(O)=O QVLTXCYWHPZMCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001397 Poly-beta-hydroxybutyrate Polymers 0.000 description 1
- 241000150258 Prospect Hill orthohantavirus Species 0.000 description 1
- 241000589781 Pseudomonas oleovorans Species 0.000 description 1
- 229940029983 VITAMINS Drugs 0.000 description 1
- 229940021016 Vitamin IV solution additives Drugs 0.000 description 1
- 108091000039 acetoacetyl-CoA reductase Proteins 0.000 description 1
- 239000002154 agricultural waste Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000003876 biosurfactant Substances 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 229910000397 disodium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019800 disodium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000001963 growth media Substances 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- 150000004687 hexahydrates Chemical class 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000015243 ice cream Nutrition 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008101 lactose Substances 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N lactose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)O[C@H](O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-XLOQQCSPSA-N 0.000 description 1
- 239000006166 lysate Substances 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 238000009629 microbiological culture Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic Effects 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 235000008935 nutritious Nutrition 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 239000003348 petrochemical agent Substances 0.000 description 1
- 101700077419 phb-1 Proteins 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-L phosphate Chemical compound OP([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229920000218 poly(hydroxyvalerate) Polymers 0.000 description 1
- 229920000070 poly-3-hydroxybutyrate Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 150000008442 polyphenolic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 235000013824 polyphenols Nutrition 0.000 description 1
- 229910000160 potassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 1
- 238000000751 protein extraction Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000014347 soups Nutrition 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001864 tannin Polymers 0.000 description 1
- 235000018553 tannin Nutrition 0.000 description 1
- 239000001648 tannin Substances 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019798 tripotassium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium(0) Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000015112 vegetable and seed oil Nutrition 0.000 description 1
- 239000008158 vegetable oil Substances 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
- 229930003231 vitamins Natural products 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
La présente invention décrit la biosynthèse microbienne des bioplastiques (PHA) ou le procédé de production de polyhydroxyalcanoates (PHA) par des microorganismes producteurs de PHA (par ex. Cupriavidus necator) en utilisant le jus de pomme de noix de cajou comme substrat de carbone renouvelable. Ladite invention a identifié et utilisé le substrat de carbone enrichis en éléments nutritifs pour une production de PHA de haute pureté. Ce processus implique la détermination d'une concentration appropriée de sucre réducteur pour la croissance microbienne. L'invention décrit également une stratégie d'alimentation discontinue par cuvées en utilisant le jus de pomme de cajou comme substrat de carbone et une variation des minéraux (azote et phosphore) pour améliorer la concentration de biomasse et le rendement en PHA. La récupération simultanée des protéines (à partir du surnageant) et son utilisation potentielle pour l'alimentation animale rend le processus de production de PHA plus économique.
Description
DESCRIPTION DE L’INVENTION
Procédé de production de polyhydroxyalcanoates (PHA) à partir du jus de pomme de cajou
La présente invention décrit la biosynthèse microbienne des bioplastiques (PHA) ou le procédé de production de polyhydroxyalcanoates (PHA) par des microorganismes producteurs de PHA (par ex. Cupriavidus necator) en utilisant le jus de pomme de noix de cajou comme substrat de carbone renouvelable. Ladite invention a identifié et utilisé le substrat de carbone enrichis en éléments nutritifs pour une production de PHA de haute pureté.
La prolifération des plastiques issus de la pétrochimie est une préoccupation majeure en raison des impacts négatifs environnementaux et sociaux. L'élimination inappropriée des plastiques et l’épuisement rapide des ressources naturelles dans la production sont les principaux facteurs qui conduisent à des investigations pour trouver des alternatives durables aux plastiques à base de pétrole (Muhammadi et al., 2015).
Les polyhydroxyalcanoates (PHA) sont considérés comme étant des alternatives compatibles pour remplacer les plastiques conventionnels à base de pétrole et ce, en raison de leur biodégradabilité, de leur biocompatibilité et de leur nature non toxique. Des fonctionnalités supplémentaires comme la recyclabilité et la nature thermoplastique leur confèrent de nombreuses applications dans le domaine de l'industrie de l'emballage, de la médecine et de l'industrie agroalimentaire (Ivanov et al., 2015). Les PHA appartiennent à la famille des bio-polyesters qui sont produits et accumulés par une variété de microorganismes en tant que source de carbone et d'énergie en présence d'un excès de carbone et de limitation de l'azote ou du phosphore.
Le Polyhydroxybutyrate (PHB) a été identifié pour la première fois par Maurice Lemoige, dans Bacillus megaterium en 1926. Les PHB sont la forme de PHA la plus largement étudiée et peuvent accumuler jusqu'à 80% du poids sec de la cellule. Outre PHB, des copolymères contenant du 3-hydroxyvalérate (3HV) et du 3-hydroxyhexanoate (3-HHx) ont également été identifiés en 1974. Aujourd'hui, environ 150 constituants monomères différents de PHA et plus de 300 espèces microbiennes, principalement des bactéries ont été identifiées comme étant capable d’accumuler des PHA (Anjum et al., 2016).
La structure chimique des PHA est présentée sur la figure 1 qui contient des unités répétitives de 100 30 000. Dans le cas de PHB, R = CH3 et x = 1, alors que dans le cas de PHV, R = C2H5 et x = 1. Sur la
Page 2 sur 24 base du nombre d'atomes de carbone, le PHA peut avoir une longueur de chaîne courte (3 à 5 atomes de carbone) ou une longueur de chaîne moyenne (6 à 14 atomes de carbone). La différence est due à la spécificité du substrat de la PHA synthase, dans le cas d'Alcaligenes eutropus, la PHA synthase peut polymériser les 3-hydroxyalcanes (3-HA) constitués de 3 à 5 atomes de carbone, tandis que la PHA synthase de Pseudomonas oleovorans peut polymériser 3-HA de 6 à 14 atomes de carbone (Pena et al., 2014).
La voie biochimique de la production de PHA a été bien étudiée et consiste principalement en des réactions en trois étapes dans le cas de bactéries notoires Cupriavidus necator (anciennement Alcaligenes eutropus, Ralstonia eutropha) (Kessler et al., 2001). Dans la première phase, deux molécules d'acétoacétyl-CoA subissent une condensation pour former de l'acétoacétyl-CoA à l'aide de l'enzyme 3kéthothiolase. La deuxième étape catalysée par l'enzyme acétoacétyl-CoA réductase dépendant de NADPH, qui agit sur l'acétoacétyl-CoA et la réduit pour former la 3-hydroxybutryl-CoA. L'étape finale catalysée par l'enzyme PHA synthase, qui catalyse la polymérisation du 3-hydroxybutryle -CoA pour former Poly-3-hydroxybutyrate (PHB) (Fig.2)
L'utilisation généralisée de PHA est entravée en raison du coût de production élevé par rapport aux plastiques classiques. Le brevet européen n° 0,046,344 décrit la production de PHB en utilisant du glucose comme source de carbone pour A.eutrophus NCIB 11599. Les substrats les plus couramment utilisés pour la production de bioplastique sont des sources de carbone pure telles que le glucose, le fructose, le lactose et les huiles végétales. Le coût de ces sources de carbone pur est l'un des facteurs les plus importants qui rend peu économique la production de PHA et représente environ 50 à 60% de la dépense totale pour la production de PHA (Volodina et al., 2016). Par conséquent, une approche alternative est d’utiliser des substrats de carbone renouvelables, économiquement réalisables ou à faible coût et facilement disponibles pour la croissance microbienne et la production efficace de PHA.
Les résidus agricoles et les déchets tels que la pomme de cajou sont des substrats à faible coût et sont appropriés pour la culture microbienne, en tant que source de carbone, d'azote et de minéraux. Les pommes de cajou sont considérées comme des déchets de l'agriculture et son jus nutritif peut être approprié comme substrat peu coûteux en raison de la présence de 10 à 12% de teneur en glucose, ainsi que du fructose, du saccharose, des vitamines et des acides aminés. La plupart du temps, les pommes de noix de cajou pourrissent sur les champs après le retrait de la noix. Bien que les pommes de cajou
Page 3 sur 24 puissent être utilisées pour la production de jus, de glaces et autres produits alimentaires, l'utilisation de pommes de cajou comme fruits est très limitée en raison de la présence de composés astringents tels que les polyphénols et les tanins (0,35%) (Fontes et al ., 2013). De plus, il existe une présence de couche cireuse autour des pommes de cajou qui les rend peu commode à la consommation humaine. Par conséquent, la sous-utilisation des pommes de cajou, la présence d'une concentration élevée en sucres réducteurs, leur grande disponibilité et leur faible coût en font un substrat potentiel et économique pour la production bioplastique.
L'Afrique de l'Ouest, l'Inde, le Vietnam, l'Afrique de l'Est et le Brésil sont les principaux producteurs de noix de cajou. La production mondiale de noix de cajou en 2016 était de 738 861 tonnes métriques, ce qui conduit à 7 millions de tonnes de pommes de cajou parce que celle-ci représente neuf à dix fois le poids des noix. En raison de sa disponibilité abondante et de son faible coût, le jus de pomme de cajou a été bien étudié comme substrat pour la production fermentative de bio-tensioactifs, de bioéthanol, d'acides organiques et d'enzymes (Prommajak et al., 2014, Betiku et al., 2016). Cependant, aucune invention ou littérature n’a été signalée en ce concerne son utilisation comme substrat de carbone pour la production de bioplastiques.
L’invention a pour but de produire du bioplastique à partir de substrat renouvelable à faible coût, riche en sucre et approprié pour la culture microbienne.
Conformément à l’invention, ce but est atteint avec le processus de production de polyhydroxyalcanoates (PHA) ou bioplastique avec une pureté élevée et une forte concentration de biomasse, à partir du jus de pomme de cajou. La production de PHA de haute pureté permet d’éviter l'utilisation de produits chimiques coûteux requis pour une extraction et une purification supplémentaires de PHA.
Ce processus implique la détermination d'une concentration appropriée de sucre réducteur pour la croissance microbienne. Il décrit à cet effet, une stratégie d’alimentation discontinue par cuvées en utilisant le jus de pomme de cajou comme substrat de carbone et une variation des minéraux (azote et phosphore) pour améliorer la concentration de biomasse et le rendement en PHA. Les microorganismes producteurs de PHA (Cupriavidus necator) sont inoculés dans les milieux de culture de jus de pomme de cajou pour produire une forte concentration de PHA. Par la suite, pour rendre le processus de production de PHA (bioplastiques) plus économique, les protéines extracellulaires et intracellulaires libérées par la bactérie sont récupérées à partir du surnageant pour être utilisées comme protéines animales.
Page 4 sur 24
Les détails du procédé de production de bioplastiques et de récupération de protéines comprennent les étapes suivantes:
a) Préparation des milieux de production de PHA utilisant du jus de pomme de cajou comme substrat de carbone et inoculation de PHH produisant des cellules microbiennes dans les milieux de production
b) Détermination de la concentration appropriée en sucres réducteurs pour la concentration maximale de biomasse et la production de PHA.
c) Utilisation d'une concentration appropriée en sucres réducteurs pour la fermentation discontinue alimentée afin d'augmenter encore la concentration de biomasse et la teneur en PHA.
d) Traitement thermique du bouillon fermenté après la production d'PHA et récupération de 77% des protéines à partir du surnageant après extraction par PHA.
Le procédé nécessite les concentrations suivantes :
> le sucres réducteurs dans le jus de pomme de cajou varie de 5 à 35 g/L, > le chlorure d'ammonium dans le milieu de production de jus de pomme de cajou varie entre 0,20 et 1 g/L, > l’Hydrogène phosphate disodique décahydraté dans le milieu de production de jus de pomme de cajou varie entre 0,5 et 6 g/L, > le dihydrogénophosphate de potassium dans le milieu de production de jus de pomme de cajou varie entre 0,20 et 2,40 g/L, > le sulfate de magnésium heptahydraté dans le milieu de production de jus de pomme de cajou varie entre 0,04 et 0,5 g/L, > le chlorure ferrique heptahydraté dans le milieu de production de jus de pomme de cajou varie entre 0,8 et 10 mg/L, > le chlorure de calcium heptahydraté dans le milieu de production de jus de pomme de cajou variait entre 0,8 et 10 mg/L.
La fermentation discontinue appliquée pendant un temps de 144 h, alimentée à l'aide de milieux de jus de pomme de cajou maintenue avec une concentration réductrice de sucre de 20 g/L et une
Page 5 sur 24 concentration en azote de 0,20 g/L donne un rendement PHA maximal de 0,88 g de substrat PHA/g consommé.
C’est le lieu de préciser que le jus de pomme de cajou est sous utilisé. Il est principalement laissé dans les plantations après la récolte de la noix, ce qui a un impact négatif sur l'environnement.
Le processus de production de polyhydroxyalcanoates (PHA) ou bioplastique conforme à l’invention présente plusieurs avantages, notamment :
> la production de plastiques biodégradables permettant de résoudre le problème de pollution des déchets plastiques issus des hydrocarbures ;
> la réduction de l'impact négatif causé à l’environnement en raison de l’abandon des pommes de cajou dans les champs ;
> la récupération de protéines à partir du surnageant de la liqueur fermentée (ou bouillon fermenté) en vue de leur utilisation comme protéine animale ou à d'autres fins.
L’invention est décrite ci-après à l’aide d’exemples avec référence aux formules et diagrammes joints à cet effet, pour lesquels :
La figure 1 représente la structure de la polyhydroxyalcanoates (PHA) ou bioplastique ;
La figure 2 représente le diagramme de la biosynthèse de PHA ;
La figure 3 représente le diagramme schématique du système de production de PHA provenant du jus de pomme de cajou ;
La figure 1 est la méthode d’alimentation: a) une impulsion, b) alimentation à deux impulsions ;
La figure 2 représente la stratégie d'alimentation par étapes : a) Haute concentration de minéraux et d'azote, b) Faible concentration de minéraux et d'azote ;
La figure 6 est le diagramme schématique pour la récupération des protéines du surnageant.
Les caractéristiques physicochimiques du jus de pomme de cajou concentré (le jus de pomme de cajou a été concentré par évaporation) sont représentées dans le tableau 1. La présence de sucres monosaccharides, c'est-à-dire le glucose et le fructose dans le jus de pomme de cajou, est avantageuse car elle permet une assimilation facile et rapide par les cellules bactériennes productrice de PHA, améliorant ainsi le rendement en PHA. Dans la présente invention, bien qu'il y ait présence de potassium
Page 6 sur 24 et de phosphore dans le jus de pomme de cajou, par rapport au magnésium et à l'azote, la présence de fortes concentrations de phosphore et de potassium est nécessaire pour la croissance de microorganismes producteurs de PHA tels que C.necator. Par conséquent, sur la base de la caractérisation physico-chimique du jus de pomme de cajou, il y avait une forte concentration de glucose 5 et de fructose, tandis que les minéraux et l'azote peuvent être complétés pour améliorer la croissance du microorganisme et de la production d'PHA (tableau 1).
Tableau 1. Caractérisation physicochimique du jus de pomme de cajou.
| Composition | Concentration |
| pH | 4.4 |
| Carbone Organique Total (g/L) | 205 |
| Sucre réducteur (g/L) | 456 |
| Glucose (g/L) | 230 |
| Fructose (g/L) | 226 |
| Protéine (mg/L) | 2100 |
| Aluminium (mg/L) | 3.96 |
| Bore (mg/L) | 1.28 |
| Calcium (mg/L) | 62.40 |
| Chrome (mg/L) | 0.12 |
| Cuivre (mg/L) | 1.344 |
| Fer (mg/L) | 8.88 |
| Plomb (mg/L) | 0.48 |
| Composition | Concentration |
| Magnésium (mg/L) | 531.6 |
| Manganèse (mg/L) | 5.1 |
| Nickel (mg/L) | 0.828 |
| Phosphore (mg/L) | 648 |
| Potassium (mg/L) | 740 |
| Silice (mg/L) | 12.6 |
| Sodium (mg/L) | 246 |
| Strontium | 0.6 |
| Sulfure (mg/L) | 192 |
| Titane | 0.06 |
| Vanadium | 0.072 |
| Zinc | 13.2 |
îo La production de PHA utilisant un substrat de carbone nouveau et renouvelable, le jus de pomme de cajou se fait en incubant l'une des souches productrices de PHA, qui est capable d'utiliser le jus de
Page 7 sur 24 pomme de cajou comme substrat de carbone renouvelable. Le microorganisme utilisé dans la présente invention est l'une des meilleures bactéries accumulatrice de PHA, Cupriavidus necator. Cependant, le procédé peut être appliqué à d'autres microorganismes producteurs de PHA. Pour que le processus de production de PHA réussisse, deux pré-inocula sont nécessaires, mais le nombre de pré-inoculum peut varier selon l'échelle expérimentale. Le premier pré-inoculum doit être préparé par propagation de bactéries productrices de PHA (par ex: C. necator) en milieu minéral contenant (par litre d'eau distillée) 20 g de glucose, 6,0 g d'hydrogénophosphate disodique dodécahydraté (Na2HPO4.12H2O) 2,4g de phosphate de dihydrogéno- phosphate (KH2PO4), 1,0 g de chlorure d'ammonium (NH4CI), 0,50 g de sulfate de magnésium heptahydraté (MgSO4,7H2O), chlorure de fer (III) hexahydrate (FeCl3.6H2O) et hexahydrate de chlorure de calcium (CaCh ,6H2O). Le premier pré-inoculum est maintenu à une température spécifique, une agitation et pour une période de temps spécifique, selon les conditions optimisées pour le microorganisme. La souche productrice de PHA (C.necator) est maintenue à une agitation de 150 tours par minute (tr/min) à une température de 30° C pendant une période de 24 heures, afin d'obtenir les cellules en croissance active. Après cette période, 10% de volume de pré-inoculum est transféré dans un deuxième pré-inoculum. Le second pré-inoculum est préparé en utilisant le même substrat de carbone, qui doit être utilisé dans les milieux de production, c'est-à-dire le jus de pomme de cajou. Le second pré-inoculum est généralement préparé à adapter les cellules microbiennes dans le nouveau substrat et à diminuer la période de latence dans les milieux de production finaux. Avec le substrat de carbone, d'autres minéraux et de l'azote sont également ajoutés afin d'obtenir une bonne croissance microbienne et une production de PHA. De préférence, le second pré-inoculum est également maintenu à 150 tr/min à 30° C pendant 24 h. Après 24h, 10% de volume du second pré-inoculum sont ajoutés aux milieux de production PHA finaux, qui ont généralement la même composition que le second pré-inoculum.
La concentration appropriée de sucres réducteurs est nécessaire pour obtenir la concentration maximale de biomasse ou la croissance des cellules microbiennes et la production de PHA. La faible concentration de substrat de carbone peut limiter la croissance microbienne, tandis qu'une concentration élevée de sucres réducteurs ou de carbone peut provoquer l'inhibition du substrat. Dans la présente invention, la concentration en sucres réducteurs a varié entre 5 et 35 g.L-1 et une concentration appropriée de sucres réducteurs a été utilisée pour un procédé ultérieur.
Page 8 sur 24
Le procédé de production de PHA dans la présente invention peut être réalisé par traitement discontinu ou semi continu. Le processus de fermentation alimentation semi discontinue assure la régulation de l'alimentation nutritive appropriée dans le fermenteur pour éviter à la fois la limitation et l'inhibition du substrat. Dans la présente invention, différentes stratégies d’alimentation dosée telles qu'une impulsion, deux impulsions et une alimentation par étapes du jus de pomme de cajou ont été appliquées afin d'obtenir une concentration élevée en biomasse et une production de PHA. L'alimentation pendant le processus était basée sur la consommation de sucres réducteurs ou de substrat de carbone. La température du fermenteur a été maintenue à 30° C en faisant circuler de l'eau à travers la double enveloppe du fermenteur, tandis que le pH 6,8 a été maintenu en utilisant de l'acide sulfurique 4N et du NaOH 4N. L'oxygène dissous devrait normalement être maintenu à environ 30% tout au long du processus de fermentation.
La présente invention concerne également l'utilisation de différentes concentrations de minéraux et d'azote dans la solution d'alimentation pendant le processus de fermentation discontinue alimentée, afin de vérifier l'effet sur la croissance microbienne et la production de PHA. L'excès de source d'azote peut modifier la voie métabolique de la cellule microbienne vers la production de biomasse au lieu de la production de PHA.
La présente invention réfère également au traitement thermique des cellules microbiennes à 95-121 ° C pendant 30 minutes afin de tuer les cellules microbiennes de sorte qu'elles ne sont pas capables de consommer le PHA accumulé après la fin de la fermentation. Le traitement thermique contribue également à perturber la structure cellulaire en libérant le PHA au milieu extracellulaire.
La présente invention réfère également à l'utilisation d'un surnageant pour récupérer des protéines après extraction de PHA à partir d'un bouillon fermenté traité thermiquement. Le surnageant est à la fois composé de protéines extracellulaires et intracellulaires libérées à l'extérieur des cellules microbiennes pendant le traitement thermique. Les protéines peuvent être extraites en utilisant un traitement thermique et encore par addition de carboxy méthylcellulose pour accélérer le processus de leur précipitation.
Les exemples suivants servent à illustrer l'invention mais sans en limiter la portée
Exemple 1 Détermination de la concentration appropriée en sucres réducteurs
Page 9 sur 24
Le premier pré-inoculum a été préparé en inoculant des cellules de microorganismes producteurs de PHA (pour ex: C.necator), des plaques de gélose dans le bouillon de milieu minéral contenant (par litre d'eau distillée) 20 g de glucose, 6,0 g d'hydrogène disodique Phosphate dodécahydraté (Na2HPO4.12H2O), 2,4 g de phosphate de dihydrogénate de potassium (KH2PO4), 1,0 g de chlorure 5 d'ammonium (NH4CI), 0,50 g de sulfate de magnésium heptahydraté (MgSÛ4,7H2O), chlorure de fer (III) hexahydraté (FeCh.6H2O) et du chlorure de calcium hexahydraté (CaCL, 6H2O). La solution de FeCI3, 6H2O et CaCh, 6H2O a été stérilisée par filtration à travers un filtre de polyéthersulfone (PES) de 0,2 pm. Le glucose, le NH4CI et le MgSO4, 7H2O ont été autoclavés séparément à 121 0 C pendant 15 min. Ces solutions ont été mélangées de manière aseptique après refroidissement. Le pH moyen a été maintenu à 10 6,8 et le pré-inoculum a été maintenu sous l'agitation de 150 tr/min pendant 24h à 300 C.
Après ce temps, 10% du pré-inoculum a été transféré dans des milieux de jus de pomme de cajou (deuxième pré-inoculum) contenant une concentration variable de sucres réducteurs (5-40 g.L-1, même que les milieux de production). Une autre composition minérale était la même que le premier milieu préinoculum. Le second pré-inoculum a également été maintenu à 30 0 C pendant 24h et par la suite, 10% 15 de volume du second pré-inoculum ont été transférés dans 200 ml de milieu de production dans une fiole
Erlenmeyer 1L. La composition des milieux de production était la même que le second milieu préinoculum et la concentration en sucres réducteurs a varié de 5 à 40 g.L-1. L'incubation des supports de production pour la production de PHA a été effectuée pendant 72 heures à 30 0 C et 150 tr / min. Les échantillons provenant de la fermentation bactérienne ont été prélevés après 12h pour mesurer la 20 concentration de biomasse (g/L), la concentration de sucres réducteurs (g/L) et la teneur en PHA (% m/m).
La concentration de sucre réducteur dans le jus de pomme de noix de cajou ainsi que lors de la fermentation a été analysée en utilisant la méthode DNS (3, 5-dinitrosalicylique) (Miller 1959). La concentration de la biosomère a été mesurée selon la méthode standard (APHA, 1998). Le PHA a été 25 mesuré en utilisant un procédé d'extraction standard de méthanol et de chloroforme (Comeau et al., 1988) en utilisant de l'acide benzoïque comme étalon interne. La concentration maximale de biomasse a été obtenue en utilisant 25 g/L de concentration de sucre réductrice du jus de pomme de cajou, tandis que la teneur maximale en PHA et la consommation élevée de sucres réducteurs ont été obtenues dans
Page 10 sur 24 le cas de 21 g/L de sucres réducteurs (tableau 2). En outre, 20 g/L de concentration initiale en sucres réducteurs a été utilisé dans le développement ultérieur du procédé.
Tableau 1. Détermination de la concentration appropriée en sucres réducteurs
| Conc. initial de sucres réducteurs (g/L) | Consom. sucres réducteurs (%) | Conc. biomasse (g/L) | Teneur PHA (wt.%) | Conc. PHA (g/L) |
| 5.5 | 97.3 | 2.84 | 31.76 | 0.90 |
| 7 | 95.0 | 2.16 | 32.64 | 0.70 |
| 13 | 97.7 | 5.76 | 71.45 | 4.12 |
| 21 | 88.1 | 8.47 | 78.40 | 6.64 |
| 25 | 76.9 | 8.73 | 76.27 | 6.65 |
| 30 | 43.75 | 6.89 | 71.41 | 4.92 |
| 35 | 29.72 | 6.43 | 67.06 | 4.30 |
Exemple 2: Stratégie d’alimentation discontinue par cuvées à une impulsion et deux impulsions
Différentes stratégies d’alimentation ont été utilisées pour maximiser la concentration de biomasse et la teneur en PHA. La production de PHA a été réalisée en utilisant deux fermenteurs de 5L avec un volume de travail de 3L. Les deux fermenteurs ont été mis en mode d’alimentation à deux impulsions. Dans les ίο deux fermenteurs, les milieux de production ont été complétés par des minéraux. Cependant, l'alimentation a été effectuée en utilisant uniquement du jus de pomme de cajou sans addition de minéraux.
L'étude commence par la préparation du premier et du deuxième pré-inoculum. Le premier pré-inoculum a été préparé en inoculant des cellules de microorganismes producteur de PHA (C.necator) à partir des 15 plaques de gélose des milieux minéraux dans le bouillon de milieu minéral contenant (par litre d'eau
Page 11 sur 24 distillée) 20 g de glucose, 6,0 g d'hydrogénophosphate disodique dodécahydraté (Na2HPO4.12H2O), 2,4 g de phosphate de dihydrogénase et de potassium (KH2PO4), 1,0 g de chlorure d'ammonium (NH4CI), 0,50 g de sulfate de magnésium heptahydraté (MgSÛ4, 7H2O), chlorure de fer (III) hexahydrate (FeCh, 6H2O) et chlorure de calcium hexahydrate (CaCI2.6H2O). La solution de FeCI3.6H2O et CaCI2.6H2O a 5 été stérilisée par filtration à travers un filtre de polyéthersulfone (PES) de 0,2 pm. Le glucose, le NH4CI et le MgSO4, 7H2O ont été autoclavés séparément à 12Γ C pendant 15 min. Et ces solutions ont été mélangées de manière aseptique après refroidissement. Le pH moyen a été maintenu à 6,8 et le préinoculum a été maintenu sous agitation de 150 tr/min pendant 24h à 30° C.
Après ce temps, 10% du pré inoculum a été transféré dans 300 ml de milieux de jus de pomme de cajou 10 (deuxième pré-inoculum) contenant 15 g/L de concentration en sucres réducteurs. La composition de l’autre milieu minéral était identique à celle du premier milieu pré-inoculum. Le deuxième pré-inoculum a également été maintenu à 30 0 C pendant 24h et ensuite, le pré inoculum total a été transféré dans 2,7 L de milieu de production dans le fermenteur de 5 L. La composition des médias de production comprend 20 g/L de concentration en sucres réducteurs avec des minéraux (g/L): 6,00 Na2HPO4,12H2O, 2,4 15 KH2PO4, 1,00 NH4CI, 0,50 MgSO4,7H2O, 0,01 FeCl3,6H2O, 0,01 CaCl2,6H2O. Le pH du milieu de production a été maintenu à 6,8. La même procédure a été suivie pour les deux fermenteurs. La température a été maintenue à 30° C en faisant circuler de l'eau à travers la double enveloppe. Le pH de la fermentation a été contrôlé automatiquement à 6,8 ± 0,1 par des pompes péristaltiques contrôlées par ordinateur en utilisant de l'acide sulfurique 4N et du NaOH 4N. Le DO et le pH ont été contrôlés en 20 permanence au moyen d'une sonde polarographique à oxygène dissous et d'un capteur de pH (MettlerToledo, USA), respectivement.
Dans le premier fermenteur avec une stratégie d'alimentation en pouls, l'alimentation, c'est-à-dire les sucres réducteurs ont été ajoutés une seule fois pendant toute la fermentation, tandis que dans le deuxième fermenteur avec une stratégie d'alimentation à deux impulsions, l'alimentation, c'est-à-dire les 25 sucres réducteurs ont été ajoutés deux fois pendant la fermentation. Les échantillons des deux fermenteurs ont été prélevés après 12h pour mesurer la concentration de biomasse (g/L), la concentration de sucres réducteurs (g/L) et la teneur en PHA (% m/m).
La concentration de sucre réducteur pendant la fermentation a été analysée en utilisant la méthode DNS (3, 5-dinitrosalicylic acid) (Miller 1959). La concentration de biomasse a été mesurée selon la méthode
Page 12 sur 24 standard (APHA, 1998). Le PHA a été mesuré en utilisant un procédé d'extraction standard de méthanol et de chloroforme (Comeau et al., 1988) en utilisant de l'acide benzoïque comme étalon interne.
Dans les deux fermenteurs, on a réalisé approximativement la même teneur en PHA ainsi que la concentration de biomasse. La teneur en PHA était très élevée, à savoir de 90 ± 2%, alors qu'une faible concentration en biomasse de 15 ± 0,3 g / L était obtenue. La faible concentration de biomasse pourrait résulter du manque de teneur en azote et en minéraux dans la solution d'alimentation car seule la source de carbone était fournie dans l'alimentation.
Exemple 3: Stratégie étape par étape d’alimentation discontinue par cuvées - effets des concentrations élevées et faibles des minéraux et d’azote
La stratégie d'alimentation discontinue est essentielle pour contrôler la concentration du substrat à son niveau optimal et pour atteindre une concentration maximale de cellules ou de biomasse ainsi qu'une productivité élevée en biomasse. Dans cette étude, le jus de pomme de cajou a été complété par des minéraux et une teneur en azote dans la solution d'alimentation. Cependant, la concentration de sucres réducteurs, de minéraux et d'azote a été variée pour deux fermenteurs.
L'étude commence par la préparation du premier et du deuxième pré-inoculum. Le premier pré-inoculum a été préparé en inoculant des cellules de C.necator des plaques de gélose des milieux minéraux dans le bouillon de milieu minéral contenant (par litre d'eau distillée) 20 g de glucose, 6,0 g d'hydrogénophosphate de disodium dodécahydraté (Na2HPO4,12H2O), 2,4g de phosphate de dihydrogène et de potassium (KH2PO4), 1,0 g de chlorure d'ammonium (NH4CI), 0,50 g de sulfate de magnésium heptahydraté (MgSO4, 7H2O), chlorure de fer (III) hexahydrate (FeCh, 6H2O) et de chlorure de calcium hexahydraté (CaCb, 6H2O). La solution de (FeCI3,6H2O) et (CaCh, 6H2O) a été stérilisée par filtration à travers un filtre de polyéthersulfone (PES) de 0,2 pm. Le glucose, le NH4CI et le (MgSÛ4, 7H2O) ont été autoclavés séparément à 121°C pendant 15 min. Et ces solutions ont été mélangées de manière aseptique après refroidissement. Le pH moyen a été maintenu à 6,8 et le pré-inoculum a été maintenu à l'agitation de 150 tr/min pendant 24h à 30 °C.
Après ce temps, 10% du pré inoculum a été transféré dans 300 ml de milieux de jus de pomme de cajou (deuxième pré-inoculum) contenant 15 g/L de concentration de sucres réducteurs. L’autre composition de milieu minéral était identique à celle du premier milieu pré-inoculum. Le deuxième pré-inoculum a
Page 13 sur 24 également été maintenu à 30 °C pendant 24h et ensuite, le pré inoculum total a été transféré dans 2,7 L de milieu de production dans un fermenteur de 5 L. La composition des milieux de production comprend 10 g/L de concentration en sucres réducteurs avec des minéraux (g/L): 6,00 (Na2HPO4, 12H2O), 2,4 KH2PO4,1,00 NH4CI, 0,50 (MgSO4, 7H2O), 0,01 (FeCb, 6H2O), 0,01 (CaCI2, 6H2O). Le pH du milieu de production a été maintenu à 6,8. La même procédure a été suivie pour les deux fermenteurs. La température a été maintenue à 30 °C en faisant circuler de l'eau à travers la veste. Le pH de la fermentation a été contrôlé automatiquement à 6,8 ± 0,1 par des pompes péristaltiques pilotées par ordinateur en utilisant de l'acide sulfurique 4N et du NaOH 4N. Le DO et le pH ont été surveillés en permanence au moyen d'une sonde polarographique à oxygène dissous et d'un capteur de pH (Mettler10 Toledo, USA), respectivement
Dans le fermenteur A, l'alimentation a été effectuée en utilisant une concentration élevée de minéraux et on a utilisé de l'azote, alors que dans le cas du fermenteur B, on utilisait une faible concentration de minéraux et d'azote (tableau 3)
Tableau 3: Composition de la solution alimentant le bioréacteur lors de l’application de la stratégie étape par étape d’alimentation discontinue par cuvées
| Constituants | Concentration | |
| Fermenteur A | Fermenteur B | |
| Sucre réducteurs (Cashew apple juice) (g/L) | 20.0 | 15.00 |
| NH4CI (g/L) | 1.00 | 0.20 |
| Na2HPÛ4.12H2O (g/L) | 6.00 | 0.50 |
| KH2PO4(g/L) | 2.40 | 0.20 |
| MgSO4-7H2O (g/L) | 0.50 | 0.04 |
| FeCl3.6H2O (mg/L) | 10.0 | 0.80 |
| CaCI2.6H2O (mg/L) | 10.0 | 0.80 |
Page 14 sur 24
Les échantillons des deux fermenteurs ont été prélevés après 12h pour mesurer la concentration de biomasse (g/L), la concentration de sucres réducteurs (g/L) et la teneur en PHA (% m/m). La concentration de sucre réductrice pendant la fermentation a été analysée en utilisant la Méthode DNS (acide 3, 5-dinitrosalicylique) (Miller, 1959). La concentration de biomasse a été mesurée selon la 5 méthode standard (APHA, 1998). Le PHA a été mesuré en utilisant un procédé d'extraction standard de méthanol et de chloroforme (Comeau et al., 1988) en utilisant de l'acide benzoïque comme étalon interne.
Après la fin de la fermentation, une concentration maximale et très élevée en biomasse de 70,11 g/L a été obtenue dans le fermenteur A avec une forte concentration de minéraux et d'azote, suivie de 42,39 îo g/L de concentration de biomasse dans le fermenteur B avec une faible concentration de minéraux et d'azote. Cependant, la teneur en PHA dans le cas du fermenteur A, a augmenté jusqu'à 80% et a ensuite commencé à diminuer et atteint 66% à la fin de la fermentation, tandis que la teneur en PHA dans le cas du fermenteur B a augmenté jusqu'à la fin de la fermentation et a atteint 89%. La diminution de la teneur en PHA après une période de temps spécifique est due à l'accumulation d'excès d'azote qui modifie la 15 voie métabolique du microorganisme vers la croissance de la biomasse au lieu de l'accumulation de PHA.
Une concentration maximale de PHA de 46 g/L a été obtenue en cas d'alimentation avec une concentration élevée de minéraux et d'azote, tandis que la concentration de 37,5 g/L de PHA a été obtenue en cas d'alimentation avec une faible concentration de minéraux et d'azote. Un rendement 20 maximal et très élevé en PHA de 0,88 g de PHA/g de substrat consommé a été obtenu dans le cas du fermenteur, alimenté avec une faible concentration de minéraux et d'azote, tandis que le rendement en PHA de 0,54 g de PHA/g de substrat consommé a été obtenu dans le cas de fermenteur avec une forte concentration de minéraux et d'azote. Le rendement PHA obtenu de 0,88 g de PHA/g de substrat consommé est le plus élevé observé en utilisant le jus de pomme de noix de caiou comme 25 substrat de carbone par rapport aux autres substrats de carbone rapportés tels gue le glvcérol résiduel, le jus de fronde à huile et le saccharose (Mozumder et al., 2014; Cavalheiro et al.. 2009; Ahmad étal., 2013).
Exemple 4 : Récupération des protéines à partir du surnageant
Page 15 sur 24
La destruction de la lyse cellulaire qui se produit pendant la désactivation thermique et la lyse des cellules contenant de ΓΑΡΤΗ libèrent également des protéines intracellulaires dans la solution. La concentration en protéines, de manière surprenante, dans la soupe de lysat était très élevée (32-36 g/L). Par conséquent, le surnageant recueilli après le traitement thermique lors de la centrifugation a été utilisé 5 pour l'extraction des protéines. Le pH du mélange a été abaissé à 3,5 en utilisant de l'acide sulfurique et le surnageant a été chauffé pendant 20 minutes à 90 degrés celsius sous agitation constante à 250 tr/min. La récupération de 30% de protéines a été obtenue après un traitement thermique. Par la suite, le bouillon a été refroidi à 50 degrés Celsius et le pH a été ajusté à 5,5 en utilisant du NaOH. On a ajouté de la carboxy méthylcellulose (polymère CMC) pour accélérer le processus de précipitation des protéines.
Une CMC de 2,4% (p/v) a été ajoutée au bouillon et bien mélangée pendant 20 minutes. Après 20 minutes de réaction, le surnageant a été laissé pendant 8 h pour permettre l'obtention de précipités de protéines par gravité. L'ensemble du procédé a permis de récupérer 77% des protéines du surnageant
Page 16 sur 24
Claims (10)
1, caractérisé en ce que la concentration d’Hydrogène phosphate disodique décahydraté dans le milieu de production de jus de pomme de cajou varie entre 0,5 et 6 g/L.
1- Procédé de production de bioplastiques ou polyhydroxyalcanoates (PHA), caractérisé par l’utilisation du jus de pomme de cajou comme substrat de carbone en mode d’alimentation semi discontinu et comprenant les étapes suivantes:
e) Préparation des milieux de production de PHA et inoculation de PHH produisant des cellules microbiennes dans les milieux de production,
f) Détermination de la concentration appropriée en sucres réducteurs pour la concentration maximale de biomasse et la production de PHA,
g) Utilisation d'une concentration appropriée en sucres réducteurs pour la fermentation discontinue alimentée afin d'augmenter encore la concentration de biomasse et la teneur en PHA,
h) Traitement thermique du bouillon fermenté après la production de PHA et récupération de 77% des protéines à partir du surnageant après extraction par PHA.
2- Procédé de production de bioplastiques ou polyhydroxyalcanoates (PHA) selon la revendication 15 1, caractérisé en ce que la concentration de sucres réducteurs dans le jus de pomme de cajou varie de 5 à 35 g/L.
3- Procédé de production de bioplastiques ou polyhydroxyalcanoates (PHA) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la concentration de chlorure d'ammonium dans le milieu de production de jus de pomme de cajou varie entre 0,20 et 1 g/L.
20
4- Procédé de production de bioplastiques ou polyhydroxyalcanoates (PHA) selon la revendication
5- Procédé de production de bioplastiques ou polyhydroxyalcanoates (PHA) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la concentration de dihydrogénophosphate de potassium dans le milieu 25 de production de jus de pomme de cajou varie entre 0,20 et 2,40 g/L.
6- Procédé de production de bioplastiques ou polyhydroxyalcanoates (PHA) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la concentration de sulfate de magnésium heptahydraté dans le milieu de production de jus de pomme de cajou varie entre 0,04 et 0,5 g/L.
Page 17 sur 24
7- Procédé de production de bioplastiques ou polyhydroxyalcanoates (PHA) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la concentration de chlorure ferrique heptahydraté dans le milieu de production de jus de pomme de cajou varie entre 0,8 et 10 mg/L.
8- Procédé de production de bioplastiques ou polyhydroxyalcanoates (PHA) selon la revendication 5 1, caractérisé en ce que la concentration de chlorure de calcium heptahydraté dans le milieu de production de jus de pomme de cajou varie entre 0,8 et 10 mg/L.
9- Procédé de production de bioplastiques ou polyhydroxyalcanoates (PHA) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fermentation est appliquée pendant un temps compris entre 90 et 192h.
îo
10- Procédé de production de bioplastiques ou polyhydroxyalcanoates (PHA) selon les revendications 1,2 et 9, caractérisé en ce que la fermentation discontinue alimentée à l'aide de milieux de jus de pomme de cajou maintenue avec une concentration réductrice de sucre de 20 g/L et une concentration en azote de 0,20 g/L a donné un rendement PHA maximal de 0,88 g de substrat PHA/g consommé.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| OA18637A true OA18637A (fr) | 2019-01-31 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11198890B2 (en) | Preparation of (R)-3-hydroxybutyric acid or its salts by one-step fermentation | |
| Quillaguaman et al. | Poly (β-hydroxybutyrate) production by a moderate halophile, Halomonas boliviensis LC1 | |
| Omar et al. | Optimization of cell growth and poly (3-hydroxybutyrate) accumulation on date syrup by a Bacillus megaterium strain | |
| EP2831227B1 (fr) | Microorganisme recombinant | |
| Schmid et al. | Utilization of desugarized sugar beet molasses for the production of poly (3-hydroxybutyrate) by halophilic Bacillus megaterium uyuni S29 | |
| WO2008095786A1 (fr) | Procede de production d'acide lactique par fermentation d'un milieu autosuffisant a base de jus vert de canne. | |
| WO2013051499A1 (fr) | Procédé de production d'acide 3-hydroxybutyrique ou d'un sel de celui-ci | |
| US20100062503A1 (en) | Lactic acid production from concentrated raw sugar beet juice | |
| Tanamool et al. | Biopolymer generation from sweet sorghum juice: screening, isolation, identification, and fermentative polyhydroxyalkanoate production by Bacillus aryabhattai | |
| US20220017692A1 (en) | Production of polyhydroxyalcanoates from pulp and paper waste streams | |
| JP2020031631A (ja) | アルギン酸を炭素源とするポリヒドロキシアルカン酸の製造方法 | |
| WO2013171424A1 (fr) | Souche productrice de turanose et utilisations | |
| Alsafadi et al. | Production of polyhydroxyalkanoate from sesame seed wastewater by sequencing batch reactor cultivation process of Haloferax mediterranei | |
| OA18637A (fr) | Procédé de production de polyhydroxyalcanoates (PHA) à partir du jus de pomme de cajou. | |
| US20240093249A1 (en) | Systems for co-culture of ralstonia eutropha strains | |
| WO2023079455A1 (fr) | Procédé intégré pour la production de polyhydroxyalcanoates et de bioéthanol à partir d'hydrolysat lignocellulosique | |
| JP5366070B2 (ja) | 酵母菌体の製造方法 | |
| Biswas et al. | Production of poly-3-hydroxyalkanoic acids by a moderately halophilic bacterium, Halomonas marina HMA 103 isolated from solar saltern of Orissa, India | |
| Kaewkannetra | Fermentation of sweet sorghum into added value biopolymer of polyhydroxyalkanoates (PHAs) | |
| ES2397730B2 (es) | Preparaci�n de pha (polihidroxialcanoatos) a partir de residuo c�trico | |
| CN113832070B (zh) | 一种能利用植物油或淀粉等多种碳源生产聚羟基脂肪酸酯的发光细菌及其应用 | |
| CN114250255B (zh) | 一种聚羟基脂肪酸酯的制备方法 | |
| JP2005117905A (ja) | 光学活性１−ベンジル−３−ピロリジノールの製造方法 | |
| Vladu et al. | Studies on biosynthesis of polyhydoxyalkanoates (PHA) for biomedical engineering | |
| EP4227417A1 (fr) | Procédé de production de poly (3-hydroxyalcanoate) |