Production d’acide succinique par fermentation

[Lê Đoàn Thanh Lâm]

Par liliAn, mardi 14 octobre 2008, Encyclopédie de la fermentation

L’acide succinique produit par fermentation peut être utilisé comme précurseur dans les industries pharmaceutiques et agroalimentaires. Les estimations de la taille potentielle du marché montrent clairement que l’acide succinique issu du pétrole sera remplacé par l’acide succinique produit par fermentation dans un futur proche. Cet article, rédigé par Song et al. (2006) résume les procédés de production d’acide succinique par fermentation et les souches potentiellement intéressantes pour produire cette molécule telles que Actinobacillus succinogenes, Anaerobiospirillum succiniciproducens, Mannheimia succiniciproducens et des souches recombinantes d’Escherichia coli. Enfin, les procédés utilisés pour récupérer l’acide succinique sont passés en revue et des suggestions sont apportées pour améliorer les performances d’un tel procédé de production.
Le marché de l’acide succinique
L’acide succinique est un acide dicarboxylique ayant pour formule moléculaire C4H6O4. Actuellement, il est produit à partir de gaz de pétrole liquéfié (GPL) ou directement de pétrole. Il est utilisé en particulier pour la production de polymères biodégradables (PBS – polybutyrate succinate – et Nylon®x,4) et de solvants « verts ». En 2004, le potentiel du marché de l’acide succinique était évalué à 270 000 tonnes par an.

Les souches productrices d’acide succinique
L’acide succinique est un intermédiaire du cycle de l’acide tricarboxylique et un des produits résultant du métabolisme anaérobie. Il est synthétisé par la majorité des cellules microbiennes, végétales et animales.
De nombreuses recherches ont été menées pour développer des procédés de production biologiques d’acide succinique en utilisant des souches telles que Aspergillus niger ou Saccharomyces cerevisiae et en travaillant sur leur métabolisme pour améliorer les rendements de production.
Actuellement, parmi les bactéries, Actinobacillus succinogenes et Mannheimia succiniciproducens semblent être les meilleures souches productrices d’acide succinique. Cette production pourrait s’élever à plus de 66 g/l en 84 heures (pour une consommation de 98 g/l de glucose).

Cependant, l’utilisation de souches recombinantes telles que Escherichia coli n’est pas exclue. En effet, des stratégies d’ingénierie métabolique ont été testées en laboratoire pour inactiver les enzymes qui participent aux voies métaboliques concurrent à celle de la production d’acide succinique ; ou pour amplifier l’expression des enzymes impliquées dans la voie métabolique de production d’acide succinique. Des recherches ont montré qu’il est possible de produire 58,3 g/l d’acide succinique en 59 heures avec cette méthode (avec un rendement de 0,85 mol/mol de glucose).
Downstream processing – Ou comment récupérer l’acide succinique Lors de la production d’une molécule d’intérêt par fermentation, le procédé peut être séparé en plusieurs étapes : la fermentation en elle-même, la récupération du produit, sa concentration et sa purification. On peut estimer la valeur du downstream processing à plus de 60% du coût total de production de la molécule d’intérêt. C’est pourquoi il est indispensable de se pencher sur cette étape. Les méthodes utilisées pour la production d’acide succinique peuvent être :

• l’électrodialyse (séparation des molécules par une membrane échangeuse d’ions) ;
• la précipitation de l’acide succinique sous forme de sels de succinate, par ajout de calcium, récupérés par filtration et transformés en acide succinique avec de l’acide sulfurique ;
• l’extraction à base d’amines tertiaires hydrophobes (méthode basée sur le pKa des molécules).

Enfin, l’auteur termine cette publication en montrant que des souches ayant de bons rendements de production ont été identifiées. Il reste à améliorer les conditions de fermentation (substrats, conditions de culture…) mais le recours à l’ingénierie métabolique sera indispensable pour augmenter ces rendements et diminuer les coûts de production. Par ailleurs, des travaux importants restent à faire sur le downstream processing pour diminuer encore les coûts de production et rendre ce procédé biologique compétitif par rapport aux procédés chimiques.

Pour en savoir plus : Hyohak Song, Sang Yup Lee. Production of succinic acid by bacterial fermentation. Enzyme and Microbial Technology 39 (2006) 352–361.