Projet ECOS NORD (FRANCE-MEXIQUE)

Prétraitement biologique de matériaux lignocellulosiques (bagasse de canne à sucre) et fermentation-saccharification simultanées pour une production optimisée de bioéthanol / Pretratamiento biológico de material lignocelulósico (bagazo de caña de azúcar) y fermentación- sacarificación simultánea para una producción óptima de bioetanol

Responsable France Anne Marie Farnet Responsable Mexique Enrique Alarcon Gutierrez

Durée Janvier 2014- Décembre 2017

Prétraitement biologique de matériaux lignocellulosiques

Prétraitement biologique de matériaux lignocellulosiques (bagasse de canne à sucre) et fermentation-saccharification simultanées pour une production optimisée de bioéthanol

Objectifs
1 - Mettre en place les conditions (photopériode, la taille des particules du substrat et la concentration d’inducteur) pour la délignification sélective de la bagasse de canne à sucre avec le champignon Pycnoporus sanguineus.

2 - Evaluer l’effet des co-cultures avec Aspergillus, Trichoderma et Mucor dans la production d’enzymes cellulolytiques, et le rapport d’activités exo, endo, et β-glucosidases.

3 - Mesurer la production d’éthanol et la consommation différentielle des pentoses et des hexoses par Zymomonas mobilis et / ou Pichia stipitis immobilisées dans des sphères l’alginate-chitosane, dans un processus de saccharification fermentation- simultanées.

Dernière Publication
Hernandez C.A., Ziarelli F., Gaime I., Farnet da Siva A.M., Garcia G., Garcia-Perez J.A., Gutiérrez-Ribera B., Alarcon E. (2017) Chemical and biological pretreatments on sugarcane bagasse to enhance its enzymatic hydrolysis. ChemistrySelect, 2(15), 4213-4218. Doi : 10.1002/slct.201700425 LINK

Participation a Congres
REMBIO 2016 Morelia Mexico, Red Tematica de Bioenergia

Mobilité
Séjour Scientifique Enrique Alarcon à Marseille IMBE (10 au 18 décembre 2015)

Resume

L’éthanol produit à partir des sucres contenus dans des matériaux lignocellulosiques, constituants majeurs de nombreux sous-produits de l’agriculture (biocarburants 2° génération), est une option pour produire du carburant en utilisant des micro-organismes présentant des activités lignocellulolytiques élevées. Au Mexique, Veracruz produit 4,9 millions de tonnes de bagasse de canne à sucre, rendant possible la production massive d’éthanol tout en valorisant un déchet agricole.

Ce projet s’attachera à lever certains verrous des étapes clés de la production d’éthanol à partir de tels matériaux en focalisant plus précisément sur i) la transformation de la lignine, polyphénol particulièrement récalcitrant à la dégradation et limitant l’accès aux polysaccharides lors de l’étape de prétraitement. Celui-ci visera à mettre au point une prédigestion plus ou moins avancée des principaux polysaccharides (la cellulose et les hémicelluloses) en suivant la diminution des teneurs en cellulose cristalline ii) l’optimisation de l’étape de FSS, (fermentation-saccharification simultanées) associant une hydrolyse plus poussée comportant l’utilisation d’enzymes dégradant la cellulose en glucose et la fermentation des sucres en éthanol.
Dans le cadre des deux premières étapes (prétraitement biologique et oxydation avancée des polysaccharides), les performances lignocellulolytiques de différents champignons filamenteux seront étudiées via notamment les mécanismes d’induction des activités enzymatiques par le substrat et lors d’interactions microbiennes (induction des phénoloxydases dans les processus d’antagonismes microbiens). Par ailleurs, l’optimisation du procédé de saccharification et fermentation simultanée sera également envisagée en utilisant des micro-organismes immobilisés sur des particules d’alginate-chitosane .

Du point de vue académique, ce projet vise à :
1) Maintenir et renforcer nos partenariats franco-mexicains.
2) Parfaire la formation d’étudiants en thèse de doctorat.
3) Transférer et appliquer des techniques d’analyse chimique pointue (RMN du solide) dans les domaines des biotechnologies.
4) Contribuer au développement de l’Institut de biotechnologie et d’écologie appliquée (INBIOTECA-UV)
Par la formation de jeunes chercheurs et le développement d’échanges scientifiques avec l’équipe française.

Participants

Universidad Veracruzana, Instituto de Biotecnologia y Ecologia Aplicada, Estructura y Funcionamiento de Ecosistemas Forestales – CA UVER 324 Dr Enrique Alarcon,

Instituto Tecnologico de Tierra Blanca, Tierra Blanca, Veracruz
Dr Beatriz Gutierrez Rivera

Aix Marseille Université UMR IMBE France :
Dr Anne-Marie Farnet, Dr Elysee Ferre Dr. Isabelle Perraud-Gaime Dr Sevastianos Roussos

Aix Marseille Université, Spectropole
Dr Fabio Ziarelli

Financement

ECOS NORD

Valorisation

Articles

Hernandez C.A., Ziarelli F., Gaime I., Farnet da Siva A.M., Garcia G., Garcia-Perez J.A., Gutiérrez-Ribera B., Alarcon E. (2017) Chemical and biological pretreatments on sugarcane bagasse to enhance its enzymatic hydrolysis. Chemistry Select, 2(15), 4213-4218.
LINK Doi : 10.1002/slct.201700425

Hernández C., Farnet Da Silva A.M., Ziarelli F., Perraud-Gaime I., Gutiérrez-Rivera B., García-Pérez J.A., Alarcón E. (2016) Laccase induction by synthetic dyes in Pycnoporus sanguineus and their possible use for sugar cane bagasse delignification, Applied Microbiology and Biotechnology, 101(3) : 1189–1201.
LINK

Hernandez C.A., Sandoval N., Mallerman J., Garcia-Pérez J.A., Farnet A.M., Perraud-Gaime I., Alarcon E. (2015) Ethanol induction of laccase depends on nitrogen conditions of Pycnoporus sanguineus. Electronic Journal of Biotechnology, 18, 327-332.doi:10.1016/j.ejbt.2015.05.008.
LINK

Hernández C.A., Perroni Y., García Pérez J.A., Gutiérrez Rivera B., Alarcón E. (2016), Light-induced inhibition of laccase in Pycnoporus sanguineus. Folia Microbiologica, 61(2), 137-142.
LINK Doi : 10.1002/slct.201700425

Conférences et Poster

Poster - Hernandez C., Alarcon E., Ziarelli F., Gutierrez-Rivera B., Farnet A.M., Gaime I. (2016) Analisis por 13C RMN, en estado solido, de bagazo de caña de azucar pretratado alcalina y biologicamente : implicaciones para la hidrolisis enzimatica y fermentacion alcoholica. III reunión nacional de la red temática de bioenergía, XII reunión nacional de la red mexicana de bioenergía, 19-21 de Octubre 2016, Morelia, México.

Poster - Trujillo Chicuellar E., Alarcón Gutiérrez E., Ortega Clemente A., Robledo Narvaez P.N., Varela Santos E.C., Gutiérrez-Rivera B. (2016) Producción de etanol a partir de jugo de caña utilizando una levadura autóctona termotelerante. III Reunión Nacional de la Red Temática de Bioenergía. 19-21 Octobre, Morelia, Mexique.

Poster - Carboue Q., Perraud-Gaime, I., Bombarda I., Maresca M., Tranier J., Roussos S. (2016) Potential of naphtho-gamma-pyrone crude extract obtained from Aspergillus niger grown under solid state fermentation. XXXVII Encuentro Nacional de la AMIDIQ Puerto Vallarta, Jalisco, Mexique. 3-6 Mai, 2016.

Conference - Landa Fernández A., Perraud-Gaime I., Gutiérrez Rivera B., Alarcón Gutiérrez E., 2015. Pretratamiento químico de lirio acuático para la producción de etanol y pentosas. II reunión nacional de la red temática de bioenergía, XI reunión nacional de la red mexicana de bioenergía, 2-4 Diciembre 2015, Ixtapa Zihuatanejo, Guerrero, México. O12
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Poster - Alarcón E., Rivero-García G., Perraud-Gaime I., Farnet A.M. (2015) Comparación de la deslignificación, ácida y alcalina, de bagazo de caña de azúcar. II reunión nacional de la red temática de bioenergía, XI reunión nacional de la red mexicana de bioenergía, 2-4 Diciembre 2015, Ixtapa Zihuatanejo, Guerrero, México.
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Poster - Hernández-Hernández C.A., Ziarelli F., Farnet Da Silva A.-M., Perraud-Gaime I., E. Alarcón Gutiérrez E. (2015) Uso de resonancia magnética nuclear (13C CPMAS NMR) para evaluar la deslignificación biológica de bagazo de caña de azúcar. II reunión nacional de la red temática de bioenergía, XI reunión nacional de la red mexicana de bioenergía, 2-4 Diciembre 2015 , Ixtapa Zihuatanejo, Guerrero, México.
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Poster - Camacho E., Alarcaon E., Garcia A., Gutierrez B. (2015) Pre tratamiento químico e hidrólisis enzimática de pulpa de café para obtención de azucares reductores totales. II reunión nacional de la red temática de bioenergía, XI reunión nacional de la red mexicana de bioenergía, 2-4 Diciembre 2015 , Ixtapa Zihuatanejo, Guerrero, México.
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Poster - Vargas Alvarez E.G., Gutierrez-Rivera B., Musule Lagunes R., Sanchez Velasquez L.R., Alarcon-Gutierrez E. (2015) Pretratamiento de olote de maiz con acido fosforico para la produccion de etanol. II reunión nacional de la red temática de bioenergía, XI reunión nacional de la red mexicana de bioenergía, 2-4 Diciembre 2015 , Ixtapa Zihuatanejo, Guerrero, México.
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Conference - Hernández C., Alarcón E., Uso de colorantes aromáticos para la inducción de lacasa en Pycnoporus sanguineus. XI Congreso Nacional de Micología. Mérida, Yucatán, México. 5-9 Octubre de 2015.

Poster - Alarcón E, García G., Hernández C., Musule R,. Vazquez-Marrufo G. 2015. Producción de celulasas con Aspergillus niger utilizando bagazo de caña de azúcar pretratado con Ca(OH)2. XI Congreso Nacional de Micología. Mérida, Yucatán, México. 5-9 Octubre de 2015.

Poster - Álvarez M., Alarcón E., García J.A. 2015. Evaluación de triptófano, tirosina y fenilalanina como posibles inductores de lacasa en Pycnoporus sanguineus. XI Congreso Nacional de Micología. Mérida, Yucatán, México. 5-9 Octubre de 2015.

Poster - Rebolledo-Rodriguez D., Alarcon E., Gaime-Perraud I., Farnet A.M., Gutierrez B., Espinosa V.I., Hernandez C., Santiago J. (2014) Hydrolysis of sugarcane bagasse with cellulases from Trichoderma reesei, and simultaneous fermentation with Zymomonas mobilis and Saccharomyces cerevisiae immobilized in alginate-chitosan beads. 4th International Symposium on Environmental Biotechnology and Engineering, Minisymposium Environmental Toxicology, Mexico City, Mexique. 9-12 septembre 2014. P429. In Poggi-Varaldo H.M., Breton-Deval L.M., Camacho-Perez B., Escamilla-Alvarado C., Escobedo-Acuña G., Hernandez-Flores G., Hernandez-Vera R., Muñoz-Paez K.M., Romero-Cedillo L., Sotelo-Navarro P.X., Ortega-Clemente A., Sastre-Conde I., Macarie H., Solorza-Feria O., Rios-Leal E., Esparza-Garcia F., Camarillo-Ravelo D., Romero-Ramirez Y., Barrera-Cortes J., Balagurusamy N. (Eds) Book of Abstracts Environmental Biotechnology and Engineering-2014, Ed. Cinvestav, Mexico D.F., Mexico, Chapter 8 Solid State Management and Treatment, pp 192. ISBN 978-607-9023-24-9 http://isebe.cinvestav.mx/Conferenceoverview.aspx
http://isebe.cinvestav.mx/Portals/isebe/sitedocs/PROGRAM_4ISEBE_FINAL.pdf

Poster - Espinosa Victoria I. Alarcón Enrique, Gaime Isabelle, Farnet Anne-Marie, Gutiérrez Beatriz, Hernández Christian, Perroni Yareni. (2014) Producción de lacasa en fermentación sumergida de Ganoderma lipsiense, utilizando bagazo de caña de azúcar e inductores. V Simposio : Ecología, Manejo y Conservación de los Ecosistemas de Montaña en México, a llevarse a cabo en Xalapa, Veracruz, del 14 al 16 de octubre de 2014.

Poster - Hernández Christian, Milagres Adriane, Alarcón Enrique, Gaime Isabelle, Farnet Anne-Marie, Espinosa Victoria, Gutiérrez Beatriz. 2014. Production of fungal cellulases and xylanases in mixed cultures. XVI International Biodeterioration and Biodegradation Symposium Septiembre 3-5, 2014. Lodz, Polonia.
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Brevets

Vulgarisation

REMBIO 2015 Ixtapa Mexico, présentation de 1 présentation orale et 4 présentations posters VOIR

Alarcón-Gutiérrez E. (Diciembre 2015), Induction d’activité enzymatique fongique, Conferencia. IMBE, Université Aix-Marseille, Marsella, Francia.

Alarcón-Gutiérrez E. (Diciembre 2015), Indicateurs biologiques de fonctionnement du sol de plantations de café. Conferencia. IMBE, Université Aix-Marseille, Marsella, Francia.

Gaime Perraud I. (Marzo 2015). “A key study for transforming a scourge into an opportunity : water hyacinth biorefinery.” Ciclo de Seminarios de Posgrado. Instituto de Biotecnología y Ecología Aplicada, Universidad Veracruzana, Xalapa, Ver, México.

Gaime Perraud I. (Marzo 2015). “ Uso de las bacterias lácticas para el control del nivel de micotoxinas en grano de café.” Ciclo de Seminarios de Posgrado. Instituto de Biotecnología y Ecología Aplicada, Universidad Veracruzana, Xalapa, Ver, México.

Formation

CERDAN CABRERA Ana Maria (2016-2020)

GONZALEZ BAUTISTA Enrique (2016-2019)

HERNANDEZ HERNANDEZ Christian Arturo (2015-2018) . Tesis de Doctorado en Biotechnologie, Universidad Veracruzana, Xalapa Mexico
Comite tutorial Alarcon Gutierrez Alarcon (UV)
Soutenance 02/06/2016

Marycruz Álvarez Jiménez (diciembre 2015), Evaluación de triptófano, tirosina y fenilalanina como posibles inductores de lacasa en Pycnoporus sanguineus. Tesis de licenciatura. Fac. de Biología Universidad Veracruzana, Xalapa, Ver. México.

Edgar A. Camacho Villanueva (Septiembre 2015). Pretratamiento químico e hidrólisis enzimática de pulpa de café para obtención de azúcares reductores totales. Tesis de Licenciatura, Facultad de Ingeniería ; programa de Ingeniería Ambiental, Universidad Veracruzana, Xalapa, Ver. México.

Darcy C. Rebolledo Rodríguez (Diciembre 2014), Obtención de etanol a partir de
bagazo de caña pretratado con HaOH y celulasas de Trichoderma reesei. Fermentación simultánea con Zymomonas mobilis y Saccharomyces
cerevisiae
inmovilizados en matrices de alginato-quitosano. Tesis de Licenciatura, Facultad de Ingeniería ; programa de Ingeniería Ambiental, Universidad Veracruzana, Xalapa, Ver. México.

Victoria I. Espinosa García (Agosto 2014). Producción de lacasa y manganeso
peroxidasa en fermentación sumergida de Ganoderma lipsiense, usando bagazo
de caña de azúcar e inductores. Tesis de Licenciatura, Facultad de Biología, Universidad Veracruzana, Xalapa, Ver. México.

Gabriela Monserrat García Vázquez, Estudiante de ingeniería bioquímica. Evaluación
de óxido de calcio como pretratamiento de bagazo de caña de azúcar para la producción de celulasas en fermentación sólida.Reporte técnico de estancia de investigación. Instituto Tecnológico Superior de Xalapa, Xalapa, Ver. México. Enero 2015.

Gerardo Rivero García, Estudiante de ingeniería en bioquímica. Hidrolisis de bagazo
de caña mediante celulasa comercial y sacarificación-fermentación simultánea con
Saccharomyces y Zymomonas inmovilizadas en alginato-quitosano, en un reactor en lote de lecho fluidizado. Reporte técnico de estancia de investigación. Instituto Tecnológico Superior de Xalapa, Xalapa, Ver. México. Enero 2015

Javier Juarez Okumura, Estudiante de Ingeniería Bioquímica. Obtención de azúcares reductores mediante el pretratamiento de bagazo de caña con ácido fosfórico.
Reporte técnico de estancia de investigación. Instituto Tecnológico Superior de Xalapa, Xalapa, Ver. México. Diciembre 2015.

Evenements

Sejour Scientifique Isabelle Perraud Gaime à INBIOTECA, Xalapa Mexique en mars 2015
• Organisation, avec le Dr Alarcon Gutierrez et les autres collaborateurs mexicains des entretiens avec des candidats potentiels pour la bourse de thèse délivrée par le Conacyt.
• Réunions de travail avec le Groupe Académique dirigé par le Dr Enrique Alarcon « Estructura y Funcionamiento de Ecosistemas » et avec les chercheurs et étudiants impliqués dans la ligne de recherche « Ecologia microbiana e interacciones biogeoquimicas planta-suelo-microorganismos ».
• Présentations des thèmes de recherche et évaluations des interactions possibles IMBE-INBIOTECA.
• Evaluation de l’avancement de thèse de doctorat de Christian Hernandez
• Présentations de conférences ouvertes au personnel de INBIOTECA :
« A key study for transforming a scourge into an opportunity : water hyacinth biorefinery.” »Uso de bacterias lácticas para el control del nivel de micotoxinas en grano de café"
• Décision de monter une page internet sur le projet.

Séjour Doctoral de Christian Hernandez à Marseille IMBE (08 septembre au 07 novembre 2015)
• Acquisition des connaissances méthodologiques en enzymologie sur les méthodes mise au point au sein de l’IMBE et en RMN du solide du 13C avec le Dr F. Ziarelli utilisées par la suite dans le projet afin de mesurer la dégradation du matériel lignocellulosique.
• Realisation d’expérimentations concernant l’efficacité de la dégradation de la bagasse de canne à sucre, en fonction de l’ajout d’inducteurs d’activité laccase, en utilisant la RMN du solide du 13C en collaboration avec le Dr Fabio Ziarelli du Spectropôle du campus de l’Etoile (Aix Marseille Université) et d’Anne Marie Farnet (IMBE UMR 7263).
• Rédaction d’une publication « Hernández C. Farnet AM, Ziarelli F, Perraud-Gaime I, Gutiérrez-Rivera B, Alarcón E. 2017. Laccase induction by synthetic dyes in Pycnoporus sanguineus, and their possible use for sugar cane bagasse delignification. Applied Microbiology and Biotechnology. »

Séjour Scientifique Enrique Alarcon à Marseille IMBE (06 au 18 décembre 2015)
• Faire le point sur l’état d’avancements académiques du projet ECOS.
• Faire le point et discuter des résultats de l’étudiant en doctorat Christian Hernandez.
• Réviser les résultats des étudiants mexicains de premier cycle impliqués dans le projet.
• Présentation d’une conférence au groupe de travail en France
• Entretien avec le coordinateur des études supérieures de l’unité IMBE pour démarrer les échanges académiques (co-direction des étudiants) entre l’Institut Universitaire Veracruzana et l’Université Aix Marseille.
• Rédaction d’un projet de thèse de doctorat pour co-direction entre Maitres de conférences français et mexicains (thèse d’ Enrique González, en cours).
• Réunion de travail pour alimenter la page web du projet ECOS, hébergé au sein de l’Université Aix-Marseille.
• Présentations de conférences ouvertes au personnel du IMBE :
’Indicateurs biologiques de fonctionnement du sol de plantations de café-Induction d’activité enzymatique fongique’

Séjour Doctoral de Quentin CARBOUE à INBIOTECA, Xalapa Mexique (24 avril au 22 mai 2016)
Réunions de travail avec le Groupe Académique dirigé par le Dr Enrique Alarcon « Estructura y Funcionamiento de Ecosistemas » et avec les chercheurs et étudiants impliqués dans la ligne de recherche « Ecologia microbiana e interacciones biogeoquimicas planta-suelo-microorganismos ».
Présentation d’ une conférence ouverte au personnel de INBIOTECA : « Strategy for the production of secondary metabolites using solid-state fermentation » .
Présentation d’ une conférence ouverte au XXXVII Encuentro Nacional de la AMIDIQ : « Potential of naphtho-gamma-pyrone crude extract obtained from aspergillus niger grown under solid state fermentation » .

Séjour Scientifique Enrique Alarcon à Marseille IMBE (juillet 2016)
• L’état d’avancements académiques du projet ECOS.
• Les résultats de l’étudiant en doctorat Enrique González.
• Réunion du comité de pilotage de thèse d’Enrique González (groupe d’experts français permettant de faire le point sur l’orientation des travaux de thèse comme exigé par l’Ecole Doctorale Sciences de l’Environnement).

Sejour Scientifique Fabio ZIARELLI à INBIOTECA, Xalapa Mexique (15 au 30 octobre 2016)
• Cours didactique sur le principe de la résonance magnétique nucléaire (RMN).
• Présentation sur les applications de la RMN dans le domaine de l’environnement,
• Atelier sur l’utilisation du logiciel de processing TOPSPIN
• Atelier sur l’utilisation du logiciel de deconvolution DMFIT
• Réunion pour promouvoir les activités de coopération France Mexique autour de l’outil RMN du solide,
• Réunion pour le planning pour la venue du prochain doctorant mexicain en France.
• Présentation d’une conférence ouverte au personnel de INBIOTECA :
“Solid State NMR, principles and applications in Environmental and Food science”

Séjour Scientifique Beatriz GUTIERREZ RIVERA à Marseille IMBE (27 novembre au 11 décembre 2016)
• Définir le sujet de nouveaux travaux concernant le criblage d’autres microorganismes antagonistes, en tant que partenaire fongique potentiel en co-culture avec Pycnoporus sanguineus pour une activité lignocellulolytique efficace dans la bagasse de canne à sucre.
• Presentation d’une conférence intitulée « Production d’éthanol à partir de la bagasse de canne à sucre et de jus de canne à sucre à l’aide d’une levure thermo tolérante », expliquant les études réalisées à partir des produits de l’industrie sucrière au Mexique et concernant plus particulièrement la production d’éthanol.

Séjour Doctoral de Enrique GONZALEZ BAUTISTA à INBIOTECA, Xalapa Mexique (05 decembre 2017 au 10 janvier 2018)
• Analyses des résultats des plans d’expérience réalisés en France avec le codirecteur de thèse (Dr E. Alarcon) et discussion sur la suite des expérimentations à mener.
• Rédaction d’un article en lien avec ces expériences.
• Communication avec les doctorants d’INBIOTECA (Biotechnology and Applied Ecology Institute of the Veracruz University) sur la RMN du solide du 13C, utilisation du logiciel Dmfit pour le traitement des données spectrales.