Soutenance de thèse de Enrique GONZALEZ BAUTISTA

Ecole Doctorale
Sciences de l'Environnement
Spécialité
Sciences de l'environnement: Ecologie
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
laccase,lignocellulose,champignon de la pourriture blanche,dephenolisation,
Keywords
laccase,lignocellulose,white-rot fungi,dephenolisation,
Titre de thèse
Amélioration du pré traitement d'n substrat à base de bagasse de canne à sucre par Pycnoporus sanguinus pour la production de bioéthanol de seconde génération
Enhancement of pretreatment of sugarcane bagasse-based substrate by Pycnoporus sanguineus for second generation ethanol production
Date
Mercredi 18 Décembre 2019 à 15:00
Adresse
52 Avenue Escadrille Normandie Niemen, 13013 Marseille
Salle de thèse
Jury
Directeur de these Mme Anne-Marie FARNET Aix Marseille Université
Rapporteur Mme Hélène CARRERE Laboratoire De Biotechnologie De L'environnement INRA
Rapporteur M. Octavio LOERA Universidad autonoma metropolitana
CoDirecteur de these M. Enrique ALARCON Universidad veracruzana
Examinateur Mme Nathalie DUPUY Aix-Marseille université
Examinateur M. Jean-Michel SAVOIE Mycologie et Sécurité des Aliments INRA

Résumé de la thèse

Le bioethanol de seconde génération constitue une solution alternative à l’utilisation de carburants fossiles à l’origine du changement climatique et susceptibles de rapidement s’épuiser. Le bioéthanol est produit à partir de lignocellulose (obtenue à partir de sous produits de l’agriculture comme la bagasse de canne à sucre BCS) pré traitée pour éliminer la lignine et diminuer la cristallinité de la cellulose. Les pré traitement biologique représente une option peu couteuse et éco compatible bien qu’elle nécessite un temps plus long en comparaison avec des méthodes chimiques puisque la dégradation de la lignocellulose es t lente. Les champignons de la pourriture blanche producteurs de laccases (phénoloxydases) comme Pycnoporus sanguineus sont de candidats pour de tels traitements biologiques. Les objectifs de ce travail sont de définir i) les conditions de cultures (i.e. la nature et la quantité de sources azotée, la quantité d’inducteurs aromatiques des laccases, la quantité d’inoculum et le temps d’incubation) et ii) la préparation du substrat (traitement thermique par pasteurisation) qui favorisent les activités laccases de P. sanguineus- et donc la déphénolisation- en utilisant un substrat à base de BCS en fermentation en milieu solide. L’addition d’aromatiques (via la pulpe de café) a été utilisée pour induire les laccases. De plus, les communautés microbiennes thermotolérantes sélectionnées après pasteurisation peuvent agir comme antagonistes de P. sanguineus et induire des activités laccases. Des plans d’expérience ont été utilisés pour tester l’effet des sources d’azote (urée ou extrait de levure), de la pulpe de café et de la quantité d’inoculum sur les activités laccases. Quelles que soient les concentrations, l’urée a un effet négatif sur les activités laccases. LE meilleur taux de déphénolisation (47,2%) associé aux plus fortes activités laccases et à une réduction majeure de la cristallinité de la cellulose (suivi par RMN du solide du 13C) ont été obtenus après 40 jours en utilisant 9 % d’extrait de levure, 10% de pulpe de café et 5 % d’inoculum. La pulpe de café a induit de nouvelles isoformes de laccases. Des températures entre 70 et 75 °C et des temps de 5 à 10h de pasteurisation ont favorisé les laccases. De plus les profils cataboliques des communautés microbiennes du substrat pour ces conditions de pasteurisation ont montré leur potentiel de dégradation de cellobiose, mannitol et xylose. Ceci démontre la capacité de ces microorganismes à coloniser le substrat (et donc à limiter les contaminations) et à favoriser la disponibilité des sucres pour les étapes ultérieures du procédé.

Thesis resume

Second-generation bioethanol is a biofuel alternative to the extensive use of fossil fuels that are implied in climate change and energy supply future concerns. Bioethanol is produced from lignocellulose (obtained from agricultural by-products such as sugarcane bagasse - SCB), previously pre-treated to remove lignin and decrease cellulose crystallinity. Biological pre-treatment represents a cheap, mild and eco-friendly option, though it requires longer residence time -compared to physicochemical pretreatments- since lignocellulose hydrolysis is slow. White-rot fungi producing laccases (phenoloxidases) such as Pycnoporus sanguineus are good candidates for such biological treatment. The objectives of this work were to define i) culture conditions (i.e. type and quantity of nitrogen sources, quantity of aromatic laccase inducers, inoculum quantity and incubation time) and ii) substrate preparation (heat treatment i.e. pasteurisation) to favour laccase activities of P.sanguineus -and thus dephenolisation- using a SCB-based substrate under solid-state fermentation (SSF). Aromatic complementation (via coffee pulp) was used to induce laccases. Moreover, thermotolerant microorganisms selected after pasteurisation may act as antagonists of P. sanguineus and enhanced laccase activities. Experimental designs were used to test the effect of nitrogen sources (urea or yeast extract), coffee pulp and the quantity of inoculum on laccase activities. Whatever the concentrations used, urea led to a decrease in laccase activity. The best dephenolisation yield (47.2%) associated to the higher laccase activities and the major reduction of cellulose crystallinity according to solid-state NMR-13C, were found after 40 days of SSF using 9% yeast extract, 10% coffee pulp and 5% inoculum. Coffee pulp induced new laccase isoforms. Temperature from70 to 75 °C and pasteurisation time for 5 to 10 h, favoured laccase activities. Moreover, for these pasteurisation conditions, catabolic profiles of substrate microbial communities showed the ability to degrade cellobiose, mannitol and xylose. This indicates that these microorganisms can actively colonise the substrate (and thus limit contamination) and also probably enhanced decrease in cellulose crystallinity and favoured further steps of the process.