Optimization of DIC assisted hydrolytic conversion of polysaccharides (starch and cellulose)

Optimisation de l'opération de conversion de polysaccharides (amidon et cellulose) par hydrolyse assistée par DIC L'état actuel de l'art lié à la technologie de conversion de la biomasse a, jusqu'à présent,principalement concerné les méthodes enzymatiques, éventuellement couplées à des prétraitements thermomécaniques ; les biomasses concernées sont généralement riches en cellulose, mais le matériel à haute teneur en amidon brut est également important des deux points stratégique et économique. Notre nouvelle stratégie est une contribution à l’étude de ce dernier type de biomasses riches en amidon, en vue d’une conversion comportant une seule étape de transformation en oligosaccharide et en glucose, à l’aide de la technologie thermo-mécanique de Détente Instantanée Contrôlée DIC. Cette opération a été étudiée,analysée, modélisée et optimisée. Contrairement à un traitement thermique conventionnel,la technologie DIC comporte deux étapes incluant l’instauration d’un vide capable d'accroître l'accessibilité de la vapeur dans la biomasse, puis d’une étape de vide final en vue de réduire la génération de molécules de dégradation thermique du glucose. L’analyse des composés (oligosaccharides, glucose…) a été réalisée ; elle a pu démontrer que le process était étroitement associée à la sévérité du traitement brut. Le prétraitement DIC de faible sévérité mène à des rendements élevés en fractions oligo saccharidiques avec une petite fraction de glucose. Par contre, le traitement DIC de haute sévérité permet d’accéder au glucose comme principal produit final. Au cours de l'étude exploratoire, le cycle de vide et de haute pression d'humidité a été établi, avec comme facteur de réponse le taux de conversion de l'amidon en glucose brut. Les deux facteurs de pression de vapeur d’eau et de vide ont été combinés ensemble afin d'optimiser trois autres facteurs opératoires : la concentration d'acide, le couple de pression/température et le temps de traitement. Le traitement DIC de haute sévérité a été démontré comme étant capable de convertir près de50% d'amidon brut en glucose à l'étape du simple et unique traitement thermomécanique.Une autre étape du processus a été impliquée : il s’agit de l'hydrolyse à l’acide dilué, souvent à la suite du prétraitement DIC. Au cours de l’étape d'optimisation du prétraitement DIC, la méthodologie de surface de réponse a été utilisée pour aider au développement de modèles cinétiques auto-hydrolysés DIC. D'autre part, les modèles empiriques de la cinétique ont été développés. Dans le cas de faible sévérité, le modèle aboutit à des réponses étroitement associées aux deux limites inférieures et supérieures de la concentration acide et du temps de traitement. Par contre, ces modèles quand ils sont obtenus à de niveaux de traitement grande sévérité, ont été jugés seulement associés aux valeurs supérieures de ces paramètres opératoires. Cette observation a été déduite de l’équation polynomiale utilisée, tandis que les modèles cinétiques ont été basés sur une série exponentielle. Une série polynomiale de plus grand ordre serait donc nécessaire pour pouvoir explorer avec précision les données de la surface de réponse pour ce genre d'analyse approfondie à tous les niveaux des facteurs.Lors de l'étape d'optimisation de l’hydrolyse dans une solution d'acide dilué, le premier modèle cinétique consécutive a été développé pour étudier les mécanismes de conversion des polysaccharides totale en glucose et en ses produits de dégradation. Le modèle empirique de surface de réponse a été utilisé pour étudier les effets de facteurs pendant le processus opératoire. La teneur en humidité et le cycle de vide ont été des facteurs communs. Plus le temps de traitement est court et plus la température est élevée, et plus la génération du glucose est importante. Cette étude montre que le traitement DIC de haute sévérité est capable de convertir les polysaccharides totaux en glucose avec une faible dégradation du glucose. Les produits solides résiduels pourraient également faire l’objet d'un traitement enzymatique.