Les biosurfactants sont des agents tensioactifs dérivés d’organismes biologiques, qui suscitent un intérêt croissant en tant qu’alternative plus durable aux agents tensioactifs synthétiques dérivés du pétrole et de la palme pour la formulation des produits. Comme les tensioactifs synthétiques, les biosurfactants sont des molécules qui abaissent la tension superficielle entre deux matériaux, soit un gaz et un liquide (par exemple la tension superficielle de l’eau), deux liquides (par exemple l’eau et l’huile), ou un liquide et un solide (l’eau et les particules de saleté).
Classification des agents tensioactifs
Il existe de nombreux types de biosurfactants, qui diffèrent par leur structure moléculaire et donc par leurs propriétés chimiques. Les biosurfactants peuvent être classés de manière générale comme étant de faible poids moléculaire ou de poids moléculaire élevé. Ils peuvent également être classés en fonction de leur structure chimique :
- Les agents tensioactifs de faible poids moléculaire comprennent les glycolipides, les lipopeptides et les phospholipides.
- Les tensioactifs de poids moléculaire élevé comprennent les lipoprotéines, les lipopolysaccharides et les biopolymères complexes.
Les glycolipides, une classe de biosurfactants de faible poids moléculaire, présentent un intérêt particulier en raison de leurs nombreuses applications commerciales et industrielles. Ils sont caractérisés par un hydrate de carbone formant la « tête » hydrophile de la molécule, lié à un acide gras formant la « queue » hydrophobe. Les glycolipides sont généralement des biosurfactants extracellulaires, c’est-à-dire que les micro-organismes libèrent les surfactants dans le milieu dans lequel ils sont cultivés.
La structure moléculaire de la tête et de la queue des glycolipides présente une grande diversité, d’où la nécessité d’une sous-classification. Les sous-classes de glycolipides comprennent les rhamnolipides, les téhalolipides et les sophorolipides.
Biosurfactants à base de sophorolipides
Les sophorolipides sont un sous-ensemble de glycolipides produits par plusieurs espèces microbiennes avec une structure moléculaire caractéristique. Comme leur nom l’indique, les sophorolipides sont composés d’une tête à base de sophorose et d’une queue d’acide gras (lipide). Le sophorose est un dimère de glucose – deux molécules de glucose liées entre elles d’une manière spécifique – et constitue la tête glucidique hydrophile.
Les sophorolipides ne constituent pas une molécule unique, mais plutôt une classe de molécules à part entière. Les sophorolipides se distinguent les uns des autres de deux manières principales :
- Modifications de la tête du sophorose : La modification la plus courante de la tête du sophorose est l’acétylation, c’est-à-dire la fixation de groupes acétyles à la molécule, bien que d’autres modifications soient possibles.
- Lactonisation : L’extrémité de la chaîne d’acides gras peut être soit libre (forme ouverte/acide), soit liée à la tête de sophorose pour former une « boucle » (forme lactonique). Généralement, les sophorolipides lactoniques sont plus efficaces pour réduire la tension superficielle, tandis que les sophorolipides acides présentent de meilleures propriétés moussantes.
Les sophorolipides peuvent également se différencier par d’autres aspects, notamment par des structures alternatives ou modifiées de la chaîne d’acides gras. Différentes espèces microbiennes produisent différents types et mélanges de sophorolipides, qui peuvent être modifiés pour changer la structure souhaitée des biosurfactants produits. Des modifications chimiques peuvent également être effectuées après l’extraction des sophorolipides afin de modifier la structure moléculaire.
Propriétés et applications
Les différences dans la structure des sophorolipides peuvent affecter de manière significative leurs propriétés, et c’est cette variabilité qui permet une large gamme d’applications. Les propriétés présentées par les différents SL comprennent la réduction de la tension superficielle, le mouillage, la formation de mousse, l’activité antimicrobienne, le dégraissage et l’émulsification.
Les sophorolipides trouvent des applications dans un large éventail d’industries, y compris (mais sans s’y limiter) dans le nettoyage, les cosmétiques, les produits pharmaceutiques, l’agriculture et la récupération assistée du pétrole (EOR). En raison de la diversité possible de la structure et des caractéristiques des sophorolipides, il est essentiel de sélectionner et de concevoir avec soin les formulations de biosurfactants afin de les optimiser pour l’application souhaitée.
Les sophorolipides font partie de la classe de biosurfactants la plus prometteuse pour une utilisation commerciale, leur adoption accrue accélérant notre transition vers la création de produits plus écologiques et plus durables.
Références et lectures complémentaires
- Costa JA, Treichel H, Santos LO, Martins VG. Solid-state fermentation for the production of biosurfactants and their applications. InCurrent developments in biotechnology and bioengineering 2018 Jan 1 (pp. 357-372). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63990-5.00016-5
- Kulakovskaya E, Kulakovskaya T. Extracellular glycolipids of yeasts: biodiversity, biochemistry, and prospects. Academic Press; 2013 Dec 11. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-420069-2.00001-7
- Mnif I, Ellouz-Chaabouni S, Ghribi D. Glycolipid biosurfactants, main classes, functional properties and related potential applications in environmental biotechnology. Journal of Polymers and the Environment. 2018 May;26(5):2192-206. https://doi.org/10.1007/s10924-017-1076-4
- Roelants S, Solaiman DK, Ashby RD, Lodens S, Van Renterghem L, Soetaert W. Production and applications of sophorolipids. Biobased surfactants. 2019 Jan 1:65-119. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812705-6.00003-4