Biotechnologies Industrielles pour un Développement Durable

Biotechnologies Industrielles pour un Développement Durable
Catalyse Enzymatique et Biotransformations
Depuis quelques années la catalyse enzymatique s’est imposée comme une technique
importante dans la production de produits chimiques et d’intermédiaire dans des domaines
aussi divers que, la pharmacie, la chimie fine, la cosmétique, l’agrochimie. Les procédés
biocatalytiques font partie avec les fermentations de ce que l’on appelle aujourd’hui la
biotechnologie blanche.
La catalyse enzymatique présente de nombreux avantages en terme de mise en œuvre et
d’impact sur l’environnement. Elle permet d’opérer dans des conditions douces de
température, pression et pH, dans des milieux aqueux, et parfois même dans des solvants
organiques, ce qui permet de répondre aux problèmes de solubilité dans l’eau, pour de
nombreuses molécules organiques. La réaction biocatalytique est peu polluante, avec une
consommation d’énergie modérée ce qui lui permet de répondre parfaitement aux contraintes
imposées par le développement durable.
Les biocatalyseurs, enzymes ou cellules entières, possèdent une très grande efficacité et
sélectivité, que ce soit en régio- stéréo- ou énantiosélectivité, et ils sont capables d’accepter
des molécules très variées comme substrat.
Des exemples d’application de procédés biocatalytiques industriels dont décrits dans des
domaines variés (chimie de base, pharmacie,…).
Compte tenu de leurs nombreux avantages à la fois techniques, environnementaux et d’une
meilleure connaissance de leur caractéristiques, les réactions biocatalytiques devraient se
développer plus rapidement dans les années à venir et prendre une part beaucoup plus
importante dans le développement des procédés.
Biotechnologies Blanches pour un Développement Durable
Sommaire
Avant Propos
Les Biotechnologies englobent un domaine très vaste, depuis les applications en santé, en
agriculture, en environnement, jusqu’au domaine industriel avec les biotechnologies
blanches qui comprennent les fermentations et les transformations enzymatiques.
Aujourd’hui la biocatalyse est devenue un outil très prometteur dans la production
industrielle principalement en chimie fine, pharmacie et agrochimie.
Cependant deux des applications les plus importantes des enzymes concernent encore des
domaines plus ordinaires comme les détergents (lipases et protéases) et la production de
sirop de fructose à partir d’amidon de maïs 8,5 × 106 T/an aux U.S.A..
I.
Les Enzymes
• Définition des biotechnologies blanches :
Application de la biocatalyse et des fermentations pour la fabrication de produits
chimiques et de bioénergie à l’échelle industrielle.
•
•
•
•
Avantages et Inconvénients des biotransformations.
Enzymes isolées ou cellules
Impact des biotechnologies dans l’industrie chimique : étude Mc Kinsey & Company
Etude comparative ; biotechnologie / chimie
Résultats : Institut Öko, réduction des coûts, productivité, développement durable
- Critères 3P
II. Applications Industrielles (exemples récents)
• Chimie fine / intermédiaire (production > 100 T/an)
- acrylamide – biocatalyse (120000 T/an)
Mitsubishi (NiHo)
- Acide (L)Aspartique
DSM, Tanake
- D-p-(OH)phenylglycine
Kaneka
- 1,3 propane diol
Dupont
- Acide (R) mandélique
BASF
- Acide 6(OH) nicotinique
Lonza
- Acide (D) pantoïque
Daiichi
• Chimie pharmaceutique
- 6 APA
DSM
- 7 ACA
DSM / Biochimie
- 7 ADCA
DSM
- Céphalexine
DSM
- Corticostéroïdes – fermentation + biocatalyse
Sanofi Aventis
- Trimegestone – biocatalyse
Sanofi Aventis
- Pregabaline – résolution biocatalytique
Pfizer
• Agroalimentaire
- Vitamine C – fermentation
ADM
- Nicotinamide (Vit. B9) – biotransformation
Lonza
- Vitamine B2 (riboflavine) – fermentation
BASF, Hoffman
Laroche, DSM
- L cystéine
Wacker
- L carnitine
Lonza
- Acide citrique – fermentation
Cargill USA, DSM
- Aspartame – biocatalyse (subtilisine)
DSM, TOSO
- Dédoublement réactifs méso (trandolapril)
Sanofi Aventis
III. Nouvelles perspectives
• Obtention de nouveaux microorganismes
- Exploitation de la biodiversité
- Modélisation métabolique
- Ingénierie métabolique
• Nouvelles enzymes
- Evolution dirigée
- Mutagenèse dirigée
• Procédés
- Réactifs supportés (enzymes, microorganismes)
- Réactions en milieu organique
- Réactions en phase gazeuse