Les levures jouent un rôle clé dans la conversion («fermentation») des sucres végétaux en carburant éthanol. Mais toutes les levures ne sont pas créées égales. Certains sont de meilleurs fermenteurs que d’autres car ils peuvent tolérer les conditions difficiles des bioréacteurs dans lesquels ils sont utilisés.
Balles de tiges de maïs (tiges, feuilles, enveloppes et épis) dans un champ après la récolte. Crédit image : ARS USDA
Clavispore NRRL Y-50464 est une telle levure.
Une équipe de scientifiques du Service de la recherche agronomique (ARS) au sein de l’agence Centre national de recherche sur l’utilisation agricole à Peoria, dans l’Illinois, a utilisé une procédure de microbiologie standard appelée « évolution adaptative en laboratoire » pour générer la souche de levure rustique, qui, dans les tests, a surpassé la norme de l’industrie, Saccharomyces cerevisiae.
La fécule de maïs est depuis longtemps une source majeure de sucres simples qui peuvent être fermentés en éthanol comme une alternative plus propre à l’essence. Cependant, il existe de nombreuses utilisations concurrentes pour ce produit polyvalent, ce qui incite les chercheurs et les fabricants de carburant à se concentrer sur des sources alternatives – graminées vivaces, sous-produits forestiers et résidus de cultures comme la paille de riz et les cannes de maïs.
Pour accéder à ces sucres, la « brique et le mortier » des cellules végétales – la cellulose et la lignine (alias, la lignocellulose) – doivent d’abord être décomposés à l’aide d’enzymes ou d’acides dilués. Cependant, cela produit du furfural et d’autres sous-produits chimiques qui sont nocifs pour les levures, entravant leur capacité à fermenter les sucres libérés de la lignocellulose.
Heureusement, Clavispore NRRL Y-50464 n’est pas une levure ordinaire.
La souche est la plus coriace des coriaces sélectionnée par les chercheurs parmi une population naturelle de Clavispore levures trouvées à l’origine sur le sorgho sucré. Cette ténacité comprend la tolérance à la chaleur, une croissance rapide et une capacité à détoxifier les sous-produits nocifs comme le furfural tout en produisant de l’éthanol. La souche de levure fabrique également sa propre bêta-glucosidase, une enzyme qui catalyse la dégradation des sucres simples comme le glucose de la lignocellulose afin qu’ils puissent être fermentés en éthanol. Cela élimine le besoin d’ajouter de la bêta-glucosidase « et réduit le coût enzymatique de la production d’éthanol cellulosique », a expliqué Z. Lewis Liu, biologiste moléculaire (retraité), anciennement du centre ARS. Unité de recherche en bioénergie à Péoria.
C’est un gros problème, à tel point qu’ARS a breveté la souche de levure pour une utilisation dans les systèmes de production d’éthanol à base de lignocellulose, dont les coûts en enzymes sont généralement 10 fois supérieurs à ceux à base d’amidon.
Essais en laboratoire menés par Liu, ingénieur chimiste de l’ARS Bruce Dien et leurs collaborateurs dévoilent le statut de super star de la souche de levure en tant que fermenteur de sucres provenant de sources riches en lignocellulose comme la paille de riz et les cannes de maïs (qui font référence à la tige, aux feuilles, aux cosses et aux épis non récoltés de la plante de maïs).
Dans des essais en flacon, en bécher et en bioréacteur utilisant une étape deux en un appelée « saccharification et fermentation simultanées », Clavispore NRRL Y-50464 surperformé génétiquement modifié Saccharomyces souches de levure.
Faits saillants des résultats récemment publiés dans le Journal international de microbiologie comprendre:
- une concentration d’éthanol (ou « titre ») de 47 grammes par litre (g/L) de cellulose purifiée dans les 72 heures, supérieure à la norme minimale requise de 40 g/L pour un usage industriel. Quoi de plus, Clavispore NRRL Y-50464 a fourni sa propre bêta-glucosidase, donc aucune n’a dû être ajoutée.
- un titre en éthanol de 32 g/L de tiges de maïs prétraitées et de 25 g/L de paille de riz en 48 et 36 heures, respectivement. C’est aussi un plus, étant donné que cela représente le temps le plus court nécessaire pour terminer la production d’éthanol cellulosique à partir de résidus agricoles (restes).
- une meilleure résistance à l’acide acétique (utilisé dans les prétraitements pour libérer les sucres de la lignocellulose) et une tolérance à des températures allant jusqu’à 102 degrés Fahrenheit (39 degrés Celsius).
Liu a dit que même si le Clavispore la levure ne fermente pas tous les types de sucres simples disponibles à partir de sources de lignocellulose, elle a toujours le potentiel de réduire le coût de production de l’éthanol. De plus, la composition génétique derrière la combinaison unique de traits de la levure pourrait fournir des indices importants pour améliorer l’utilisation d’autres souches microbiennes dans les systèmes de production d’éthanol à base de lignocellulose. La clé, a ajouté Liu, sera d’apporter des améliorations critiques à l’ingénierie des procédés aux bioréacteurs actuellement utilisés, y compris leur capacité à agiter le mélange cellulosique avec des charges élevées de solides fermentescibles.
La source: ARS
