LE CENTRE UNIVERSITAIRE Dr YAHIA FARES DE MEDEA

LE CENTRE UNIVERSITAIRE Dr. YAHIA FARES DE MEDEA INSTITUT DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE DEPARTEMENT DE GENIE DES PROCEDES PHARMACEUTIQUES Du 12 au 13 Octobre 2008

LES BIOSURFACTANTS BIOMOLECULES A MULTIUSAGES ABOUSEOUD M. C. U. MEDEA DEPARTEMENT GENIE DES PROCEDES PHARMACEUTIQUES SNBP 1 MEDEA 12, 13 Oct. 2008

LES SURFACTANTS “Tensioactifs” Les surfactants sont des molécules amphiphiles, qui possèdent une partie hydrophile et une partie hydrophobe, en général une chaîne carbonée. le surfactant va se trouver à l'interface de phases ayant des degrés de polarité et de liaison hydrogène différents, comme dans le cas de mélanges eau/huile ou air/eau. La formation d'un film moléculaire ordonné abaisse l'énergie interfaciale et est responsable des propriétés particulières des surfactants.

MECANISME D’ACTION Tension superficielle CMC 14 12 10 8 6 4 2 0 Micelles NORMALES Micelles INVERSEES Composé non polaire Composé polaire CMC 0 1 Concentration du surfactant Composés amphiphiles (surfactant)

Le surfactant • Action superficielle: Abaisse les tensions superficielle et interfaciale (liquide/liquide; liquide/solide) • Action détergente • Action Solubilisante: améliore la dissolution de substances peu solubles • Action émulsifiante: dispersion liquide/liquide • Action moussante • Action dispersante • Action mouillante

Types de surfactants synthétiques (chimiques) Type ANIONIQUE Mécanisme libèrent une charge négative (anion) en solution aqueuse. CATIONIQUE libèrent une charge positive (cation) en solution aqueuse. AMPHOTERE Suivant le p. H du milieu où ils se trouvent, ils libèrent un ion positif et un ion négatif. La molécule ne comporte aucune charge nette NON-IONIQUE Exemple SDS (Dodécylsulfate de sodium) Na. SO 4(CH 2)11 CH 3 CTAB (bromure d'hexadécyltriméthylam monium) (CH 3)3 N(CH 2)15 CH 3 Br N dodécyl-sulfobétaïne Triton C 8 H 15 C 6 H 4(OC 2 H 4)9 OH Application principalement utilisés dans lessives et produits de nettoyage principalement utilisés dans les milieux industriels et hospitaliers, en raison de leur propriété désinfectante Formulations spéciales en pharmaceutiques et en cosmétique… utilisés dans l'industrie textile, la métallurgie et en cosmétologie (hygiène corporelle et beauté) en raison d'une moindre agressivité et d'un faible pouvoir moussant.

APPLICATIONS ET MARCHE DU SURFACTANT • • • CHIMIE DETERGENTS PETROLE TEXTILE COSMETIQUE PEINTURE POLYMERES. CUIR ……….

Problèmes avec les surfactants synthétiques (chimiques) • Problèmes environnementaux : Toxicité , Non biodégradabilité. • Problèmes d’usage (techniques) : leur efficacité diminue dans des conditions physiques extrêmes de température, p. H ou salinité. .

Solution ? Les BIOSURFACTANTS Tensioactifs synthétisés par des microorganismes appartenant à différentes genres et espèces (Pseudomonas, Bacillus, Rhodococcus…, Lactobacillus, Candida…. )

TYPES DE BIOSURFACTANTS Les biosurfactants incluent un grand nombre de structures chimiques, comme les glycolipides, les lipopeptides, des complexes polysaccharide-protéine, les phospholipides et les acides gras. La structure la plus commune est celle des glycolipides.

Glycolipide: Rhamnolipide Pseudomonas aeroginusa Lipopeptide: surfactine Bacillus Subtilis Phospholipide Acinetobacter sp. Emulsan (Acinetobacter calcoaceticus RAG-1

Avantages des biosurfactants ØCaractéristiques techniques excellentes : -abaissement de la tension interfaciale (~ 0. 1 dyne/cm) - abaissement de la tension superficielle(~27 dyne/cm), - emulsification (50 -100%), - pouvoir moussant (mousse stable(15 min. )), - pouvoir mouillant (abaissement de l’angle de contact > 30%), -CMC (20 -2000 mg/l)…… - pouvoir antibiotique ou fongicide Ø Stabilité thermique et chimique : plus stables que les surfactants synthétiques. T°(4 -100°C); p. H(4 -9); salinité (5%-20%) ØCaractéristiques écologiques: biodégradables(100%), non toxiques, biocompatibles, d’où la possibilité de leur utilisation dans les préparations pharmaceutiques et agroalimentaire.

Production des biosurfactants Par fermentation « batch » ou « continu » dans des milieux simples contenant: • Source de carbone: hydrocarbure, huile minérale ou végétale, carbohydrates, déchets riches en C, mêlasse, . margines, . • Source d’azote: azote minéral ou organique (en général milieu appauvri en azote) • Sels minéraux • Conditions physico-chimiques: En général ~p. H; T°ambiante Ex: production de rhamnolipid par Pseudomonas aeroginusa (C= hexadecane; N=Na. NO 3; ) production de rhamnolipid par Pseudomonas fluorescens (C= huile d’olive; N=NH 4 NO 3; C/N=10) • Separation: Precipitation (acide, sel d’ammonium ou solvant), extraction, adsorption, ultrafiltration

APPLICATIONS DES BIOSURFACTANTS 1 - ENVIRONNEMENT 1 -a. Bioremediation des sols ex-situ et in-situ et lutte contre la pollution marine: Le biosurfactant facilite par son pouvoir solubilisant, emulsifiant, et dispersant, le contact polluant-microorganisme dégradant (stimulation dela biodégradation) [Biosurf]>CMC Exxon valdez(marée noire): ALASKA 1989 Guerre du golf : KOWEIT 1991 15 à 20%> rendement avec les synthétiques

1. b DESORPTION ET LIXIVIATION DES SOLS POLLUES PAR LES METAUX MICELLES TETE POLAIRE-QUEUE APOLAIRE CONCENTRATION>CMC Métal lié ou précipité Lavage Liaison métal- tête polaire de la micelle

2 - RECUPERATION ASSISTEE DU PETROLE (ENHANCED OILRECOVERY) Taux de récupération 60 -95% Dans des conditions extrêmes

3 - Agriculture • Elimination des pesticides à partir des plantes et des sols. • Amélioration de la photosynthèse croissance des plantes • Biopesticide, antibacterien, fongicide, • Antiparasite (5 à 30 mg/l contre Pythium, Phytophora, and Plasmopara • Biofertilisant

4 - Agroalimentaire • • • Stabilisant pour émulsions huile/eau Stabilisation des systèmes aérés Contrôle de l’agglomération des lipides Conservateur Amélioration de la texture et de la saveur Solubilisation des additifs améliorant le goût

5 - anti-adhesive • Elimination des biofilms bactériens par adsorption de couche de biosurfactant sur la surface (verre, polymère, acier…)

6 - Médecine et pharmaceutique • Antibactérien et antifongique (Ex: rhamnoilipide à 32 mg/l contre Alcaligenes faecalis, Serratia arcescens, Mycobacterium phlei (16 mg/ml) et Staphylococcus epidermidis (8 mg/ml); Aspergillus niger (16 mg/ml), Chaetonium globosum, Enicillium crysogenum, Aureobasidium pullulans (32 mg/ml); MEL(mannosylerythritollipid) (glycolipid) contre bactéries Gram+ • Antivirus ( Ex: surfactine à des doses 80 m. M) • Inhibiteur de croissance d’algues pathogènes tel que Heterosigma akashivo et Protocentrum dentatum (Ex: Rhamnolipid 0. 4 à 10 mg/l) • Production de surfactant pulmonaire (déficience respiratoire) • Agent antiadhesive pour matériel chirurgical et prothèses (en gomme de silicone) (élimination de 77% des bactéries) • Agent de transport et de solubilisation de principe actif

7 - CHIMIE • Détergent domestique et industriel(pouvoir detersif 27% > aux synthétiques) • Peintures : dispersant, emulsifiant • Textile: agent de mouillage

8 - Cosmetique • Préparation de crèmes hydratantes dermatoligiquement compatibles • Préparation de shampoings et savons riches en huiles essentielles

Contraintes avec l’utilisation des biosurfactants • Faible rendement de production (2 -100 g/l) • Difficultés de séparation et de purification • Coût élevé ( rhamnoilpid (Jeneil) 320$/kg) Solutions envisageables? • Utilisation de matière première non conventionnelle: déchets industriels, agroalimentaire, … • Améliorations des souches par modifications génétiques