Extraction réactive en contacteur membranaire: vers l’intégration d’un procédé de bioconversion extractive de l’acide 3-hydroxypropionique
Résumé
L’acide 3-hydroxypropionique (3-HP) a été identifié comme l’une des 10 principales molécules plate-forme à produire à partir de biomasse [1]. Sa production par voie biotechnologique par bioconversion de substrats biosourcés (glycérol, sucres…), potentiellement avantageuse par rapport à sa synthèse chimique, n’est actuellement pas mise en place, notamment à cause de verrous liés à l’inhibition du produit et de son intermédiaire métabolique sur les micro-organismes producteurs qui limitent la productivité et les concentrations à des niveaux assez faibles [2]. L’extraction du 3-HP dans le milieu de production en même temps qu’il est produit (in situ product recovery) permettrait de lever une partie de ces verrous. La technique choisie est l’extraction liquide-liquide réactive assistée par contacteur membranaire. En effet, les petits acides carboxyliques sont trop hydrophiles pour être extraits de façon significative en phase organique par leur simple solubilité et nécessitent d’être complexés avec un réactif hydrophobe [3]. Cette réaction se réalise au niveau de l’interface liquide-liquide qui est par ailleurs stabilisée grâce à l’emploi d’une membrane poreuse, appelée aussi contacteur membranaire. Ainsi, le contact entre les phases se fait au niveau des pores de la membrane sans dispersion d’une phase dans l’autre et par conséquent sans formation d’émulsion et évite le contact entre les micro-organismes et la phase organique dans le but de réduire les effets toxiques des solvants. Cette présentation se propose d’introduire des résultats d’équilibre et de cinétiques d’extraction réactive en contacteur membranaire. L’intérêt sera particulièrement porté sur l’impact d’un milieu complexe de bioconversion sur l’extraction réactive en contacteur membranaire en abordant par exemple les effets pH, les effets de concentration, la présence de sels ou encore la présence de molécules biologiques. Pour cela, des milieux modèles simples et complexes sont créés et comparés à des milieux réels de bioconversion pour isoler les effets et comprendre les phénomènes impliqués. Les résultats montrent notamment un effet très important du pH et de la présence de sels réduisant drastiquement l’efficacité d’extraction. Un mécanisme d’échange d’ions est mis en évidence. Les résultats obtenus seront valorisables pour l’optimisation rationnelle d’un procédé intégré de bioconversion et d’extraction par contacteur membranaire.
[1] J. J. Bozell and G. R. Petersen, Technology development for the production of biobased products from biorefinery carbohydrates—the US Department of Energy’s “Top 10” revisited, Green Chemistry, 2010
[2] V. Kumar, S. Ashok, S. Park, Recent advances in biological production of 3- hydroxypropionic acid, Biotechnology Advances, 2013
[3] A. S. Kertes and C. J. King, Extraction Chemistry of Fermentation Product Carboxylic Acids, Biotechnology and Bioengineering, 1986