Study and control of the production of 3-hydroxypropionic acid by an acetic acid bacterium in the context of extractive bioconversion

Étude et contrôle de la production de l'acide 3-hydroxypropionique par une bactérie acétique dans un contexte de bioconversion extractive

Florence de Salivet de Fouchécour (1)

1 GMPA - Génie et Microbiologie des Procédés Alimentaires

In a context where industries need to reduce their dependency on fossil feedstocks, demand for bio-based chemicals is steadily increasing. Notably, 3-hydroxypropionic acid (3-HP) has been identified as one of the most promising value-added chemicals that can be obtained from biomass. Integrated bioprocesses comprising up-stream biological production and in situ recovery of the targeted molecule have only recently been investigated to produce 3-HP. Challenges still lie in improving these processes' control, through better understanding the behaviour of the microorganisms involved. Thus, this project aims at understanding the metabolic and physiological responses of Acetobacter sp. CIP 58.66 during its implementation in an integrated bioprocess producing 3-HP. First, fed-batch cultures were carried out and showed the strain's potential as 3-HP producing agent in several operating strategies. Then, extractive bioconversions (i.e. bioconversions coupled with the downstream process) were successfully performed, thus validating the proof-of-concept. Meanwhile, measured cultivation parameters are used in the implementation of a kinetic model of the process. The model's outputs will help better understanding the microbial phenomena as well as help designing an efficient process control.

Compte tenu de la nécessité pour les industries de réduire leur dépendance aux ressources fossiles, la demande pour des molécules plateformes bio-sourcées augmente continuellement. En particulier, l'acide 3-hydroxypropionique (3-HP) fait partie des molécules les plus prometteuses pouvant être obtenues à partir de biomasse. Ce n'est que récemment que des procédés intégrés incluant à la fois la production bactérienne et l'extraction in situ de la molécule ciblée ont été développés pour produire du 3-HP. L'amélioration du contrôle de ces procédés demeure un enjeu important, passant notamment par une meilleure compréhension du comportement des micro-organismes impliqués. Ainsi, ce projet vise à comprendre les réponses métaboliques et physiologiques d'Acetobacter sp. CIP 58.66 lors de son utilisation dans un bioprocédé intégré pour la production de 3-HP. Des cultures semi-continues de la souche ont d'abord été mises en oeuvre et ont montré le potentiel de la souche comme agent de production de 3-HP dans différentes conditions opératoires. Par la suite, une bioconversion extractive, c'est-à-dire couplée au procédé d'extraction, a été mise en oeuvre, établissant ainsi la preuve de concept du procédé intégré. Parallèlement, les données de cultures acquises sont utilisées dans le développement d'un modèle cinétique du procédé. Modèle qui servira ensuite à mieux décrire les phénomènes bactériens et à définir une stratégie efficace pour le contrôle du procédé.

Mots clés: Green chemistry; Acetobacter sp.; Integrated process; Building-Block

Mots clés: Chimie verte; Acetobacter sp.; Procédé integré; Building-Block

Domaines: Génie chimique; Biotechnologie

Florence de Salivet de Fouchécour. Study and control of the production of 3-hydroxypropionic acid by an acetic acid bacterium in the context of extractive bioconversion. Chemical engineering. Université Paris Saclay (COmUE), 2019. English. ⟨NNT : 2019SACLA026⟩. ⟨tel-03934829⟩