4. L’originalité du projet : la synthèse enzymatique des alkyl glycosides et des esters de sucre

4.1. La voie de synthèse enzymatique : au cœur du projet ValBran

4.2. Les esters de sucre

Les esters de sucre sont produits par transestérification avec un sucre (ex. : saccharose) et des esters éthyliques d’acides gras. Sans odeur et sans couleur, ces esters de sucre (ou sucro-esters) sont utilisés dans le domaine de l’agro-alimentaire et de la cosmétique.

Ce sont des émulsifiants de type non-ionique qui peuvent comporter une ou plusieurs chaînes grasses (monoesters, diesters, polyesters) leur conférant des propriétés recherchées pour stabiliser diverses émulsions. Citons par exemple, l’émulsion huile/eau des produits lactés ou l’émulsion eau/huile de margarine. Certains esters de sucre présentent des propriétés antimicrobiennes, bactériostatiques¹⁹.

Les principaux producteurs sont La Stearine Dubois, MCF, DSK, Croda, Sistrena, SKW...

4.3. La production des esters de sucre par hydrolyse et estérification enzymatique

L’approche développée pour la production des esters de sucre comprend deux étapes :

1. Lors de la première étape, les polysaccharides du son de blé (cellulose et hémicelluloses) sont hydrolysés par un mélange d’enzymes en D-glucose et D-xylose.
2. Ces deux sucres sont estérifiés par une lipase en présence d’acides gras, conduisant à la production d’esters de glucose et de xylose.

Afin d’optimiser cette première étape d’hydrolyse et ainsi permettre aux enzymes d’accéder aux sucres complexes du blé et les réduire en sucres simples, des prétraitements avec diverses proportions de liquide ionique hydrophile (1-éthyl-3-méthylimidazolium acétate) / eau ont été étudiés, en amont de l'hydrolyse enzymatique. Les chercheurs ont employé une méthode appelée « Plan d’expérience factoriel » afin de tester en même temps toutes les variables qui influencent le prétraitement et obtenir les meilleures conditions opérationnelles. De cette manière, des conditions optimales de prétraitement telles que la température de prétraitement, la durée, la charge en biomasse et la concentration en liquide ionique dans l'eau [10 –100% (v / v)] ont pu être définies. Cette étude statistique complète permet de prédire des rendements en sucres pouvant être obtenus selon les conditions de prétraitement imposées au son de blé²⁰.

Le procédé développé et optimisé par les partenaires permet de produire des mono-esters et/ou di-esters de glucose et de xylose avec des chaînes d’acides gras de longueur variée. Selon les conditions réactionnelles, les mélanges d’esters de sucre obtenus présentent des propriétés tensioactives intéressantes. En fonction de ces conditions, il est possible d’orienter la synthèse vers les mono-esters ou vers les diesters. Une partie des résultats obtenus a fait l’objet d’articles dédiés à la communauté scientifique²¹.

Divers acides gras peuvent être utilisés, permettant ainsi de générer des esters de sucre avec une partie hydrophobe de longueur variable et, ainsi, de disposer d’une gamme d’esters de sucre présentant des propriétés tensioactives pour des applications diverses.

Une fois le procédé développé, les propriétés physico-chimiques des divers esters de sucre produits ont été évaluées. Leur aptitude à abaisser la tension de surface et leur capacité à s’agréger ont été étudiées afin de cibler les applications les plus adaptées aux molécules (détergence, cosmétique, alimentaire, pharmaceutique et phytosanitaire).

4.4. Les alkyl polyglycosides (APG)

Ils sont obtenus à partir de glucose (alkyl polyglucosides) ou de xylose (alkyl polypentosides, APP) et d’alcools gras. Ce sont des tensioactifs non-ioniques qui présentent l'avantage de ne pas provoquer d'irritations cutanées. Les APG commercialisés sont souvent des mélanges d’isomères. Ils sont utilisés en tant qu’agents moussants ou émulsifiants (produit de vaisselle, crèmes, gels douche), nettoyants et mouillants (produits phytosanitaires).

Les principaux producteurs d’APG et d’APP sont ARD, Wheatoleo, Cognis, Seppic, BASF²².

4.5. La production des alkyl glycosides par transglycosylation enzymatique

La synthèse des alkyl glycosides a été développée en une seule étape enzymatique à partir du son de blé grâce à une enzyme capable de fractionner les hémicelluloses en D-xylose et de greffer une chaîne carbonée (alcool) sur le D-xylose par une réaction de transglycosylation (voir schéma). Cette réaction pouvant être catalysée en présence d’alcools possédant une chaîne carbonée de longueur variable a été optimisée avec du pentanol afin de produire des pentyl xylosides qui permettent de solubiliser des molécules hydrophobes en phase aqueuse (propriétés recherchées dans le domaine de la formulation).

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