Extraction d’algues, un parfum plus précieux que l’or
Le complexe chimique des composés aromatiques de « cis-cétérpinoïdes » présents dans le bois de oud empêche leur production de manière synthétique, mettant ainsi une pression sur ces arbres menacés d’extinction, considérés comme la principale source de ces composés.
Pour obtenir ces composés en l’absence de production synthétique, on a recours à la résine de benzoin présente dans le bois de oud. La résine est distillée pour préparer l’huile de oud, qui constitue un ingrédient essentiel des parfums de luxe extrêmement coûteux. Le prix d’un kilogramme de cette résine est estimé à environ 300 000 dollars de Hong Kong, ce qui en fait plus cher que l’or.
Dans le but de trouver une méthode respectueuse de l’environnement pour limiter la dépendance à cette résine et ainsi réduire l’abattage des arbres, les chercheurs de l’équipe Sustainable Manufacturing de l’Université King Abdullah des Sciences et de la Technologie en Arabie saoudite « KAUST » ont annoncé dans une étude publiée dans la revue « Green Chemistry » leur succès à développer une méthode permettant d’extraire les composés aromatiques « cis-cétérpinoïdes » d’une algue spécifique, en utilisant des techniques de génie génétique pour inciter les algues à produire ces composés, offrant ainsi une alternative innovante à l’industrie des parfums.
Résolution de l’énigme des composés « cis-cétérpinoïdes »
Les chercheurs ont commencé par tenter de déchiffrer le complexe chimique des « cis-cétérpinoïdes ». Ils ont analysé 58 échantillons de bois de oud en utilisant des techniques avancées, telles que :
- La chromatographie bidimensionnelle : où l’échantillon passe à travers deux colonnes chromatographiques, permettant une meilleure analyse des composés. Cette méthode est utilisée comme alternative plus avancée à la chromatographie traditionnelle lorsque les composés sont complexes, comme c’est le cas avec les « cis-cétérpinoïdes. »
- La spectrométrie de masse : fournit des informations supplémentaires sur la structure moléculaire des composés isolés, permettant une identification précise des poids moléculaires des composés.
Ingénierie métabolique des algues
La résolution sans précédent des structures fondamentales des composés « cis-cétérpinoïdes » a conduit l’équipe de recherche à utiliser des techniques d’ingénierie métabolique pour modifier génétiquement l’algue unicellulaire « Chlamydomonas reinhardtii » afin de la transformer en une usine biologique capable de produire ces structures.
Les chercheurs ont introduit les gènes codant pour les enzymes responsables de la biosynthèse des composés aromatiques dans le génome de l’algue. En exprimant ces gènes, les algues « Chlamydomonas reinhardtii » ont réussi à produire les structures aromatiques souhaitées.
Ces algues ont été choisies comme une usine naturelle pour produire les structures aromatiques pour plusieurs raisons, notamment leur facilité de manipulation génétique, leur capacité à la photosynthèse, fournissant ainsi une source durable et renouvelable de carbone pour la biosynthèse des composés aromatiques.
Technique d’extraction microbienne
Après le succès des techniques d’ingénierie génétique pour induire les algues « Chlamydomonas reinhardtii » à produire des structures aromatiques, l’étape suivante consiste à extraire ces structures des algues à l’aide d’une technique innovante et économe en énergie développée par l’équipe de recherche.
Comme la collecte du miel des ruches d’abeilles sans dommage pour les abeilles, la technique développée permet de récupérer les composés ciblés tout en préservant l’intégrité des algues, en permettant aux composés de se diffuser hors des cellules sans les endommager.
Les chercheurs ont ensuite utilisé la technique de « filtration nano-solvant » pour concentrer et purifier les structures aromatiques produites par les algues génétiquement modifiées, ce qui leur a permis de conserver sélectivement ces structures désirées et de les concentrer tout en éliminant les impuretés et les solvants indésirables, facilitant ainsi le traitement final.
Production abondante et autres avantages
Le chef de l’équipe Sustainable Manufacturing à « KAUST » et principal chercheur de l’étude, le professeur adjoint Kyle Lorsen, a déclaré dans un communiqué publié par « KAUST » que leur méthode d’ingénierie des algues « Chlamydomonas reinhardtii » a permis de produire des « cis-cétérpinoïdes » aromatiques à un niveau dépassant jusqu’à 25 fois ce qui a été rapporté dans des recherches antérieures.
Il explique que cette grande production est nécessaire pour la viabilité commerciale et garantit la capacité de produire des quantités adéquates de composés aromatiques pour répondre aux exigences industrielles. Outre l’avantage de l’abondance, plusieurs avantages environnementaux et industriels importants sont mentionnés par Lorsen, notamment :
- La production durable de parfums en exploitant l’ingénierie métabolique et les techniques de traitement biologique respectueuses de l’environnement, offrant ainsi une alternative réduisant la dépendance aux méthodes environnementalement nuisibles telles que l’abattage d’arbres pour obtenir du bois de oud.
- La production de composés diversifiés : les chercheurs ont réussi à produire une gamme de 103 types de « cis-cétérpinoïdes » aromatiques, élargissant ainsi l’espace chimique disponible pour la production de parfums, offrant une large variété de composés pour les applications de l’industrie des parfums.
- L’exploitation à température ambiante : le processus biologique peut être entièrement réalisé, y compris l’ingénierie métabolique des algues et les transformations chimiques respectueuses de l’environnement, à température ambiante, éliminant ainsi le besoin d’un chauffage ou d’une réfrigération intensive en énergie, réduisant ainsi la consommation d’énergie et les coûts opérationnels.
- La production minimale de déchets : le processus biologique développé par les chercheurs génère un minimum de déchets, en faisant ainsi une alternative écologique et durable pour la production de composés aromatiques.
- L’accessibilité technologique : la simplicité du processus biologique facilite sa mise en œuvre dans les laboratoires équipés de l’infrastructure chimique de base, permettant aux chercheurs dans divers environnements de participer à la composition de parfums durables.
Défis de la production industrielle
Le succès remarquable au niveau du laboratoire constitue un signal positif quant à la possibilité de succès à l’échelle industrielle et applicative de la méthode de production de parfums par biotechnologie dans les algues, selon le professeur de chimie à l’Université d’El-Minia (sud de l’Égypte) Amr Abdelmohsen.
Cependant, pour que ces signaux se concrétisent, Abdelmohsen souligne le besoin pour les chercheurs de clarifier plusieurs points liés à la production industrielle dans des études ultérieures, notamment :
- Comparer les composés aromatiques produits par la méthode biologique développée avec ceux extraits traditionnellement en termes de forme du parfum, de densité, de durée de vie et de préférence des consommateurs, et préparer un dossier complet sur les caractéristiques sensorielles et olfactives de ces composés.
- Clarifier les défis et considérations liés à la production à l’échelle industrielle, et comment ils peuvent être abordés pour faciliter la commercialisation de la technologie, ainsi que s’il existe des moyens d’améliorer l’ingénierie métabolique des algues et les transformations chimiques respectueuses de l’environnement pour renforcer la productivité, la sélectivité et l’efficacité.
- Clarifier les effets économiques résultant de l’adoption du processus biologique développé pour produire des composés aromatiques, comment comparer les coûts de production aux méthodes traditionnelles, les facteurs affectant l’efficacité du coût global, et la faisabilité de la technologie sur le marché.