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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
Centre d’Etude et de Recherche sur les Macromolécules
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.1Bien 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-CO2à 60°C Effet du Sc-CO2sur 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 le D-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)
+
terttert--BuOHBuOH
(10mL)(10mL)
OH
O
10
Acide myristique
(0,6M)
ScSc--COCO22,,
30mL, 220 bars30mL, 220 bars
RdtRdt = 55%= 55%
((αα//ββ 90/10)90/10)
•D-Mannose non soluble
• Lipase immobilisée
• Stabilité de la lipase ?
• Solubilité des acides ?
O
H
HO
H
HO
OH
OH
H
HH
OH
O
HO HO
OH
OH
OCH
3
O
10
Synthèse Enzymatique de Surfactants Sucrés dans le CO2 Supercritique
A.Favrelle,a* A.Brognaux,b,c,d A.Debuigne,aG.Richard,bM.Deleu,cK.Nott,bJ.-P.Wathelet,bC.Blecker,dM.Paquot,cC.Jérôme.a
*[email protected]
aCERM, 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
Pression (bar)
Carbones
Stabilité de la lipase B de Candida antarctica immobilisée dans le Sc-CO2
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)
6060°°C, 48hC, 48h
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
untreated 2h 2x2h 3x2h
vi (g/L/h)
0
10
20
30
40
50
60
Cycles (with stirring)
Conversion at 48h
(%)
vi
Conversion
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
untreated 30min 30min +
2x1h 30min + 4x1h
Cycles (without stirring)
vi (g/L/h)
0
10
20
30
40
50
60
Conversion at 48h
(% )
vi
Conversion
Témoin
Cycles (avec agitation) Cycles (sans agitation)
Conversion à 48h
(%)
Conversion à 48h
(%)
Témoin
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
untreated 2h 16h
Cycle (with stirring)
vi (g/L/h)
0
10
20
30
40
50
60
Conversion at 48h
(%)
vi
Conversion
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
untreated 24h 120h
Cycle (without stirring)
vi (g/L/h)
0
10
20
30
40
50
60
Conversion at 24h
(%)
vi
Conversion
Témoin Témoin
Cycle (avec agitation)
Conversion à 48h
(%)
Conversion à 24h
(%)
Cycle (sans agitation)
La
CALB
est
préalablement
incubée
dans
le
Sc
-
CO
2
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 du D-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/dépressurisationEffet des cycles de pressurisation/dépressurisation
Centre d’Etude et de Recherche sur les Macromolécules
RéférencesRéférences
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4444, 9631, 9631--96359635
99 C.TsitsimpikouC.Tsitsimpikou et alet al., ., Journal of Chemical Technology and Journal of Chemical Technology and
BiotechnologyBiotechnology, 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-CO2sur 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
EffetEffet du du ScSc--COCO22 sursur l’activitél’activité de la lipasede la lipase