Polyhydroxyalcanoates : une alternative ‘bio’ aux plastiques traditionnels

Ce numéro comprend les articles correspondant aux présentations du Colloque CIAg "Emballages alimentaires : innover pour la sécurité et la durabilité" organisé à Paris le 8 juin 2017.In recent years, the potential of biological routes to replace fossil fuel-based technologies in the drive towards sustainable production of chemicals and energy has been explored and demonstrated. Biodegradable polymers derived from renewable resources could contribute to the global production of plastics (more than 300 million tons per year) currently derived mainly from crude oil refining and, at the same time, reduce the environmental problems caused by plastic disposal by generating a closed carbon cycle. However, cost-effective designs are required if bioprocesses are to be competitive with oil-based equivalents.The polyhydroxyalkanoate (PHA) family consists of a large number of biodegradable polyesters produced by living organisms as carbon and energy reservoir. Short chain length PHAs, or scl-PHAs, are thermoplastics materials whereas medium chain length PHAs, mcl-PHA, are elastomers with good elongation properties that make them suitable for a wide range of applications, forbidden to scl-PHA. While technologies to produce scl-PHA, which most studied representative is PHB, are well known, studies on mcl-PHA are still at an early stage. Mcl–PHAs have been produced in pure culture from low cost materials using Psedudomonas species as biocatalysts. Studies in mixed microbial culture have revealed the possibility of obtaining mcl-PHAs when using a consortium of microorganisms. This strategy does not require costly sterilization operations and makes use of microorganisms’ capability to adapt to different environments and substrates. Enriching mcl-PHA storing bacteria and selecting operational conditions in the production stage that maximize the carbon flow towards mcl-PHA synthesis are essential to obtain processes with large outcomes. In this way, tailored made polyesters containing a stable range of scl and mcl-PHAs, or mcl-PHAs mixed with other natural polymers are environmentally friendly alternatives to conventional plastics and could contribute to the bio-economy developmentAu cours des dernières années, il a été démontré le potentiel des routes biologiques pour remplacer les combustibles fossiles comme ressource pour la production durable de produits chimiques et d'énergie. Ainsi, les polymères biodégradables dérivés de ressources renouvelables pourraient contribuer à la production mondiale de plastiques (plus de 300 millions de tonnes par an) provenant actuellement du pétrole et, en même temps, de réduire les problèmes environnementaux causés par l'élimination des matières plastiques. Cependant, une conception économiquement viable est nécessaire afin de développer des bioprocédés de production de bioplastiques compétitifs avec les équivalents pétroliers.La famille des polyhydroxyalcanoates (PHA) se compose d'un grand nombre de polyesters biodégradables produit par les organismes vivants comme réservoir de carbone et d'énergie. Les PHA à chaîne courte, ou les PHA-scl, sont des matériaux thermoplastiques alors que les PHA à longueur moyenne de chaîne, PHA-mcl, sont des élastomères présentant de bonnes propriétés d'élongation qui les rendent adaptés à une plus large gamme d’applications. Alors que les technologies pour produirePHA-scl, dont le représentant le plus étudié est PHB (polyhydroxybutyrate), sont bien connues, les études sur les PHA-mcl sont plus récentes. Les PHA-mcl ont été produits en culture pure à partir de matériaux à faible coût utilisant des espèces de Pseudomonas comme biocatalyseurs. Des études en culture microbienne mixte ont révélé également la possibilité d'obtenir des PHA-mcl par des consortia microbiens. Cette stratégie ne nécessite pas d'opérations coûteuses de stérilisation et utilise la capacité des microorganismes à s'adapter à différents environnements et substrats. L'enrichissement d’organismes producteurs de PHA-mcl et la sélection des conditions opérationnelles au stade de la production, afin de maximiser le flux de carbone vers la synthèse de la PHA-mcl sont essentiels pour obtenir des procédés efficients. De cette façon, les polyesters fabriqués sur mesure contenant une gamme stable de PHA-scl et PHA-mcl, ou de PHA-mcl mélangés à d'autres polymères naturels, sont des alternatives environnementales aux plastiques d’origine pétrochimique et peuvent contribuer au développent de la bioéconomie