WO2017006031A1 - Procédé d'obtention d'acides gras a partir de microorganismes - Google Patents
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Definitions
- Microorganisms can accumulate up to 80% of lipids (monoglyceride, diglyceride, triglyceride, phospholipids and sterols) in their organisms. They are composed of a cell wall, consisting mainly of lipids, polysaccharides and chitin. These compounds make the wall rigid and strong; which requires mechanical, chemical or physico-chemical pretreatment to facilitate accessibility to the lipids located inside the cell.
- the fatty acids are separated from the acidified liquid phase, for example by filtration.
- the quaternary amine contained in the liquid phase is regenerated to quaternary amine hydroxide and is recycled.
- Unconverted lipids are in the form of triglycerides (TAGs) and free fatty acids (FFAs).
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Abstract
L'invention a pour objet un procédé d'obtention d'acides gras à partir de microorganismes comprenant une étape de macération des microorganismes dans laquelle les microorganismes sont mélangés à une solution aqueuse d'un hydroxyde d'amine quaternaire afin d'extraire les lipides contenus dans les microorganismes et de les transformer en acides gras.
Description
Procédé d'obtention d'acides gras à partir de microorganismes
L'invention a pour objet un procédé d'extraction, de transformation et de séparation des acides gras en une étape et sans l'usage de solvant organique à partir de microorganismes.
Pour la fabrication de biocarburant (en particulier le biojetfuel), on transforme les acides gras soit en alcanes (bio-kérosène) ou bien en esters méthyliques (biocarburant). Les acides gras sont obtenus à partir de l'hydrolyse de lipides préalablement extraits à partir de microorganismes (levures en particulier). Ces procédés requièrent plusieurs étapes de séchage de la biomasse, d'extraction des lipides à partir de la biomasse séchée avec un solvant organique, en général de l'hexane, puis de l'hydrolyse acide ou basique des lipides extraits en acides gras pour une transformation ultérieure en biokérosène. Les microorganismes (levures, micro-algues et bactéries) peuvent accumuler jusqu'à 80% de lipides (Monoglycéride, diglycéride, triglycéride, phospholipides et stérols) dans leurs organismes. Ils sont composés d'une paroi cellulaire, constituée principalement de lipides, de polysaccharides et de chitine. Ces composés rendent la paroi rigide et solide ; ce qui nécessite un prétraitement mécanique, chimique ou physico-chimique pour faciliter l'accessibilité aux lipides situés à l'intérieur de la cellule.
Actuellement, l'extraction des lipides à partir de micro-organismes en voie humide se déroule de la manière suivante :
1- séchage et prétraitement de la biomasse
2- extraction par solvants organiques (hexane)
3- centrifugation ou filtration (recyclage du solvant)
4- Evaporation du solvant
L'étape de séchage est nécessaire pour s'affranchir des interactions eau/solvant ; ce qui fait de l'eau un paramètre limitant dans l'extraction des lipides. L'étape de séchage est considérée comme la plus énergivore et la plus onéreuse.
De plus, ce procédé utilise des solvants organiques qui sont susceptibles à moyen terme d'être interdits pour leur toxicité envers l'homme et l'environnement.
Π existe donc un besoin pour un procédé d'obtention d'acides gras à partir de microorganismes moins énergivore et plus respectueux de l'environnement.
Les inventeurs ont le mérite d'avoir mis au point un tel procédé.
La présente invention décrit un procédé d'obtention d'acides gras à partir de microorganismes comprenant une étape a) de macération des microorganismes dans laquelle les microorganismes sont mélangés à une solution aqueuse d'un hydroxyde d'amine quaternaire afin d'extraire les lipides contenus dans les microorganismes et de les transformer en acides gras.
Typiquement les hydroxydes d'amine quaternaire utilisables pour cette étape de macération sont par exemple l'hydroxyde de tétraéthylammonium, l'hydroxyde de tétrapropylammonium, ou l'hydroxyde de choline.
Selon un mode de réalisation préféré, l'hydroxyde d'amine utilisé est l'hydroxyde de choline.
Typiquement, les microorganismes utilisables pour l'invention sont des microorganismes riches en lipides tels que les levures, les microalgues, les bactéries ou les champignons filamenteux.
Typiquement, on peut citer parmi les microorganismes particulièrement adaptés pour l'invention, Rhodotorula glutinis, Yarrowia lipolytica, Lipomyces starkeyi parmi les levures, Phaeodactylum tricornutum Chlorella vulgaris, Nannochloropsis oculata parmi les microalgues, Rhodococcus opacus, Streptomyces sp, Escherichia coli parmi les bactéries, et Rhizopus arrhizus, Mucor circinelloides, pénicillium lilacinum parmi les champignons filamenteux.
Selon un mode de réalisation préféré, les microorganismes utilisés sont des levures et en particulier une levure de l'espèce Yarrowia lipolytica ou Rhodotorula glutinis.
Typiquement, la biomasse constituée des microorganismes est en phase humide. Elle provient directement du bioréacteur qui a permis de la produire ou bien elle a subi une centrifugation en sortie du bioréacteur.
La biomasse est mélangée à une solution aqueuse d'un hydroxyde d'amine, ce qui permet la déstructuration des parois cellulaires, d'extraire et de transformer les lipides (tri-glycérides, di-glycérides, mono-glycérides, phospholipide) en acides gras.
Le procédé d'obtention d'acides gras selon l'invention permet d'obtenir en une seule étape a) des acides gras sous forme de sels solubles. Typiquement, l'étape de macération est réalisée avec une solution aqueuse présentant une concentration C en hydroxyde d' amine, avec Cmin < C < Cmax, les concentrations Cmin et Cmax étant choisies indépendamment l'une de l'autre, Cmin étant choisie parmi les valeurs 5%, 10%, 20% et 30%, et Cmax étant choisie parmi les valeurs 35%, 40%, 45%, 50% et 60%, les pourcentages étant des pourcentages masse d'hydroxyde d'amine/volume de solution aqueuse, préférentiellement Cmin est égale à 30% et Cmax à 50%. Selon un mode de réalisation particulier la concentration C est d'environ 45%.
Plus la concentration C est élevée, plus la cinétique de la réaction est élevée.
Typiquement le ratio masse d'hydroxyde d' amine quaternaire sur masse de microorganismes est compris entre 20 et 70 ou 30 et 60, préférentiellement entre 35 et 50. Selon un mode de réalisation particulier le ratio est d'environ 40.
Typiquement, l'étape de macération est réalisée pendant une durée d, avec dmin < d < dmax les durées dmin et dmax étant choisies indépendamment l'une de l'autre, dmin étant choisie parmi les valeurs 5 min, 30 min, 60 min, 2 h, 4 h et dmax étant choisie parmi les valeurs 4 h, 8 h, 12 h, 16 h, 24 h, 1 jour, 2 jours et 7 jours, préférentiellement dmin est égale à 1 h et dmax à 2 jours. Selon un mode de réalisation particulier la durée d est d'environ 2 h.
Typiquement, l'étape de macération est réalisée à une température T avec Tmin < T < Tmax, les températures Tmin et Tmax étant choisies indépendamment l'une de l'autre, Tmin étant choisie parmi les valeurs 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, et 60°C et Tmax étant choisie parmi les valeurs 60, 65, 70, 75, 80, et 90°C, préférentiellement Tmin est égale à 25°C et Tmax à 80°C. Selon un mode de réalisation particulier la température T est d'environ 40°C.
Plus la température T est élevée, plus la cinétique de la réaction est élevée.
Suite à cette étape de macération, deux phases sont obtenues : une phase solide et une phase liquide. La phase solide contient des débris cellulaires, alors que la phase liquide contient les acides gras sous forme de sel (amine quaternaire/carboxylate) soluble dans l'eau. Typiquement ces deux phases peuvent être séparées par filtration ou par centrifugation.
Ainsi le procédé selon l'invention peut comprendre une étape optionnelle b) de séparation des phases liquides et solides obtenues à l'issue de l'étape a). Pour obtenir des acides gras sous forme d'acides gras libres (FFA), il est nécessaire d'effectuer une étape supplémentaire de précipitation des acides gras compris dans la phase liquide, soit par acidification soit par ajout de sels contenant du Na+, Ca+ etc.. Ainsi le procédé selon l'invention peut comprendre une étape optionnelle c) d'acidification ou d'ajout de sels permettant de transformer en acides gras libres (FFA) les acides gras obtenus sous forme de sels lors de l'étape a) de macération.
Après la séparation, la phase liquide est acidifiée afin de faire précipiter les acides gras. Typiquement, un acide faible est utilisé pour acidifier la phase liquide, on peut, par exemple, utiliser l'acide acétique ou l'acide citrique.
Ensuite les acides gras sont séparés de la phase liquide acidifiée, par filtration par exemple.
Alternativement à l'acidification de la phase liquide, on peut obtenir les acides gras sous forme d'acides gras libres (FFA) en ajoutant à la phase liquide un excès de sel de sodium, de potassium ou de calcium, tel que NaCl, KCl, ou CaC^, de sorte que les acides gras précipitent sous forme de sel de sodium, de potassium ou de calcium. Le précipité ainsi obtenu est séparé de la phase liquide, les acides gras sont ensuite obtenus par attaque acide.
Avantageusement, l'aminé quaternaire contenue dans la phase liquide est régénérée en hydroxyde d' aminé quaternaire, puis est recyclée.
Typiquement, les acides gras ainsi obtenus peuvent être ultérieurement transformés en alcanes pour obtenir du bio-kérosène, ou en ester méthylique pour obtenir du biocarburant.
EXEMPLES
Exemple 1
0.2g de matière sèche de Yarrowia lipolytica a été mélangé avec lOmL de choline à 45% dans l'eau pendant 2h à 40°C. Le mélange a été par la suite centrifugé pour séparer les débris cellulaires de la phase liquide contenant le sel (FFA-Choline).
Cette solution a été lavée deux fois avec 15 mL d'hexane puis analysée par chromatographie gazeuse et par chromatographie sur couche mince haute performance.
70% des lipides ont été convertis en sels FFA-choline. Les lipides non convertis sont sous forme de triglycérides (TAG) et d'acides gras libres (FFA).
Exemple 2
L'exemple 1 a été reproduit excepté le fait que le temps de macération est de 48h. 76.77% des lipides ont été convertis en sels FFA-Choline. Les lipides non convertis sont sous forme d'acides gras libres (FFA).
Exemple 3
L'exemple 1 a été reproduit excepté le fait que la température de macération est à 80°C. 74% des lipides ont été convertis en sels FFA-Choline. Les lipides non convertis sont sous forme d'acides gras libres (FFA).
Exemple 4
L'exemple 1 a été reproduit excepté le fait que la concentration en choline est de 5%. 65% des lipides ont été convertis en sels FFA-Choline. Les lipides non convertis sont sous forme de triglycérides (TAG) et d'acides gras libres (FFA).
Claims
1. Procédé d'obtention d'acides gras à partir de microorganismes comprenant une étape de macération des microorganismes dans laquelle les microorganismes sont mélangés à une solution aqueuse d'un hydroxyde d' aminé quaternaire afin d'extraire les lipides contenus dans les microorganismes et de les transformer en acides gras.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'hydroxyde d'amine quaternaire est l'hydroxyde de tétraéthylammonium, l'hydroxyde de tétrapropylammonium, ou l'hydroxyde de choline.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'hydroxyde d'amine quaternaire est l'hydroxyde de choline.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les microorganismes sont des levures, des microalgues, des bactéries ou des champignons filamenteux.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel les microorganismes sont des levures.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les microorganismes sont des levures de l'espèce Yarrowia lipolytica ou Rhodotorula glutinis.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'étape de macération est réalisée avec une solution aqueuse présentant une concentration C en hydroxyde d'amine, avec 30% < C < 50%, les pourcentages étant des pourcentages masse/volume.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le ratio masse d'hydroxyde d'amine quaternaire sur masse de microorganismes est compris entre 30 et 60.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'étape de macération est réalisée à une température T avec 25°C < T < 80°C.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la phase liquide obtenue à l'issue de l'étape de macération est séparée de la phase solide.
11. Procédé selon la revendication 10, comprenant une étape de précipitation des acides gras contenus dans la phase liquide.
12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel la précipitation est obtenue par acidification de la phase liquide.
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel l'acidification est réalisée avec de l'acide acétique ou de l'acide citrique.
14. Procédé selon la revendication 11, dans lequel la précipitation est obtenue par ajout à la phase liquide un excès de sel de sodium, de potassium ou de calcium.
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