Research Article

From crops to products for crops: preserving the ecosystem through the use of bio-based molecules

De la plante aux bioproduits destinés au biocontrôle : préserver l’écosystème par l’utilisation de molécules biosourcées

Laboratoire de Chimie Agro-industrielle (LCA), Université de Toulouse, INRA, INPT, Toulouse, France

^* Correspondence: zephirin.mouloungui@ensiacet.fr

Received: 23 June 2016
Accepted: 30 August 2016

Abstract

In a context of dwindling oil reserves and environmental pressures, the chemical industry needs to innovate by developing new processes for producing bioproducts from raw plant materials. Unsaturated fatty acids from vegetable oils constitute a highly promising renewable resource that can be used to diversify productions, decreasing reliance on petroleum. A starting material rich in oleic acid has been obtained through the selection of high-oleic sunflower varieties and enzymatic hydrolysis of the oil they produce. The double bonds of this unsaturated raw material have been cleaved in green oxidizing conditions involving a biphasic lipophilic-aqueous system including hydrogen peroxide as an oxidant and a peroxo-tungsten complex Q₃ {PO₂[WO(O₂)₂]₄} as a phase-transfer catalyst (PTC) and co-oxidant. This PTC efficiently transferred oxygen to the substrate in the lipophilic phase. A mono-acid (pelargonic acid) and a di-acid (azelaic acid), with shorter, unusual hydrocarbon chains not present in the natural state, were synthesized and purified through an intensive process. Pelargonic acid was then formulated as an environmentally friendly biocontrol agent for weeds. We extended this green process of oxidative scission to other fatty acids and derivatives, to obtain other short-chain acids with diverse potential applications. This production chain (crops, reaction and purification processes, products, applications) is based on a sustainable development strategy.

Résumé

Dans un contexte de diminution des réserves fossiles et de pressions réglementaires et environnementales, l’industrie chimique tend à innover en développant de nouveaux procédés pour la production de bioproduits d’origine végétale. Les acides gras insaturés d’une huile végétale constitue une ressource renouvelable prometteuse qui peut être utilisée pour diversifier les productions et réduire la dépendance vis-à-vis du pétrole. Dans cet article, une matière première riche en acide oléique a été obtenue par l’hydrolyse enzymatique de l’huile de tournesol hautement oléique, obtenue par sélection variétale. Les doubles liaisons de cette matière première insaturée ont été clivées dans des conditions oxydantes impliquant un système biphasique aqueux-lipophile, avec le peroxyde d’hydrogène comme oxydant et le complexe peroxo-tungtène Q₃{PO₂[WO(O₂)₂]₄} comme catalyseur de transfert de phase (CTP) et co-oxydant. Ce CTP a permis d’assurer un transfert efficace vers le substrat en phase lipophile. Un mono-acide (acide pélargonique) et un di-acide (acide azélaïque) à chaînes impaires plus courtes, peu présentes à l’état naturel, ont été ainsi synthétisés et purifiés grâce à un procédé intensifié. L’acide pélargonique a été formulé en tant qu’agent de biocontrôle écocompatible. Ce procédé vert de scission oxydante a été appliqué à d’autres acides gras et à leurs dérivés pour obtenir de nouveaux acides à chaînes courtes ayant différentes applications potentielles. Cette filière de production (culture, procédés de transformation et de purification, produits et leurs application) est basée sur une stratégie de développement durable.