Figure 1. Le quadruple avantage de l'utilisation de levure modifiée
La bio-production écologique de xylitol et de nanofibres de cellulose à partir de cellules de levure modifiées, à partir de matériaux produits par l'industrie du papier a été réalisé par une équipe de recherche japonaise. Cette découverte pourrait contribuer au développement d'une société plus verte et plus durable. Les résultats ont été publiés le 4 mars dans Chimie verte .
La recherche a été menée par un groupe dirigé par le professeur adjoint Gregory Guirimand-Tanaka, Professeur Tomohisa Hasunuma et professeur Akihiko Kondo de la Graduate School of Science, Technologie et innovation et le Centre de recherche en biologie de l'ingénierie de l'Université de Kobe.
Dans son effort pour développer des processus innovants pour parvenir à une société durable, Le professeur Kondo s'est concentré sur une variété de bio-composés tels que le xylitol, un produit chimique de grande valeur, qui est largement utilisé dans les industries alimentaires et pharmaceutiques (par exemple, comme substitut du sucre dans les chewing-gums).
Le groupe du professeur Kondo s'intéresse également aux nanomatériaux innovants tels que les nanofibres de cellulose, qui présentent un énorme potentiel économique du fait des propriétés de la nanocellulose (propriétés mécaniques, propriétés filmogènes, viscosité, etc.), et des applications importantes dans l'alimentation, hygiène, absorbant, médical, produits cosmétiques et pharmaceutiques.
La demande mondiale de nanofibres de xylitol et de cellulose est en constante augmentation, et le coût et l'impact environnemental de leur production industrielle restent très élevés.
La production industrielle de xylitol et de nanofibres de cellulose à partir de D-xylose purifié et de fibres de cellulose implique respectivement des procédés coûteux et polluants. Afin de résoudre ces problèmes et de réaliser une société durable et soucieuse de l'environnement, nous devons utiliser de la biomasse renouvelable comme la pâte à papier (pâte Kraft) et développer des procédés innovants.
Figure 2. Production à plus grande échelle à l'aide de fermenteurs en bocal. Crédit :Université de Kobe
Production biotechnologique de nanofibres de xylitol et de cellulose à partir de pâte Kraft, issus de l'industrie papetière, pourrait être une option avantageuse, comme ce matériel est abondant, contient des quantités raisonnables (17%) de D-xylose, et peuvent être convertis en composés de base et en nanomatériaux de grande valeur.
Pour libérer le D-xylose contenu dans la pâte Kraft, nous avons généralement besoin d'ajouter une grande quantité d'enzymes commerciales (CE), qui sont très coûteux. Par conséquent, nous avons décidé d'utiliser des micro-organismes tels que la levure modifiée, qui est capable de produire ces enzymes par lui-même, afin de réduire la quantité d'EC initialement requise. Les cellules de levure modifiées développées portent ces enzymes directement sur leur propre surface cellulaire, et nous appelons cette stratégie la technologie "d'affichage de surface cellulaire".
Dans cette étude, des nanofibres de xylitol et de cellulose ont été coproduites à partir de pâte Kraft en utilisant une souche modifiée de levure de boulanger (souche Saccharomyces cerevisiaeYPH499) exprimant trois enzymes différentes (β-D-glucosidase (BGL), xylosidase (XYL) et xylanase (XYN)) co-affichées sur la surface cellulaire.
En utilisant cette stratégie, nous avons non seulement pu produire des nanofibres de xylitol et de cellulose, mais aussi d'augmenter considérablement la pureté de la cellulose elle-même et la rentabilité du procédé en réduisant la quantité d'EC initialement requise (figure 1).
Enfin et surtout, notre équipe a pu réaliser avec succès ces expériences dans des volumes plus importants en utilisant des fermenteurs en pot de 2 litres, nous permettant d'augmenter encore la production industrielle de bio-raffinerie de xylitol et de nanofibres de cellulose à partir de pâte Kraft (figure 2).
Sur la base de ces constatations, l'équipe continuera à chercher des moyens d'augmenter la bioproduction durable de xylitol et de nanofibres de cellulose grâce au génie génétique des cellules de levure.
