développement de biocides à base d’extractibles forestiers

Développement de biocides à base d’extractibles forestiers du Québec

Orford, le 28 mars 2018

2

Partenaires du projet

&

Remplacer les produits de synthèse par des biocides naturels

3

Mise en contexte

• Industrie forestière au Québec 75 000 emplois 1/3 municipalités dépend de cette industrie

• Industrie forestière au Québec Conflit du bois d’œuvre avec les Américains Reprise lente du marché avec hausse exceptionnelle des prix hausse de 22,4 % depuis 1 an

- son plus haut niveau depuis 2008!

4

Mise en contexte

• Forte demande de biocides écologiques Marché estimé mondialement à environ 50 milliards $ en 2014 Majorité issue de la pétrochimie Tendance vers le naturel ou le biologique Au Québec, 16 entreprises manufacturières de pesticides et d’agents préservatif pour le bois

UNE RÉELLE OPPORTUNITÉ POUR LES ÉCORCES ET LEURS EXTRACTIBLES!

Source potentiel de biocides naturels : le secteur forestier

L’industrie de transformation du bois génère des milliers de tonnes d’écorces par année qui sont brulées ou enfouies.

L’écorce est un tissu végétal riche en extractibles : des métabolites secondaires qui contribuent à la protection de l’arbre contre les pathogènes et les ravageurs.

Études scientifiques antérieures ont démontré l’activité biocide des extractibles forestiers et que cette activité dépend de : l’essence utilisée; de leur nature (polyphénols ou terpénoïdes) et le degré de pureté dans l’extrait (ex. présence de sucres).

5

6

OBJECTIF

Développement de biocides naturels à partir des écorces à l’aide d’un procédé basé sur les principes de l’éco-extraction

7

Points à considérer

Procédé d’extraction facilement transférable à l’industrieChoix des solvants (procédé vert).Rendement vs coût d’extraction vs l’activité biologique.

Activité biologiqueChoix des souches bactériennes et fongiques pour chaque secteur

d’application en fonction des exigences réglementaires.

8

Essences étudiées

Épinette noire (Picea mariana)Épinette blanche (Picea glauca)Sapin baumier (Abies balsamea)Pruche de l’Est (Tsuga canadensis)Érable rouge (Acer rubrum)

MÉTHODOLOGIE

9

ANALYSES DES RÉSIDUS DE PESTICIDES DANS LA MATIÈRE PREMIÈRE

Technique : 1) extraction sélective des résidus de pesticides de la matrice

végétale.

2) quantification par chromatographie gazeuse couplée à une détection en spectrométrie de masse (GC-MS) combinée à deux modes d’ionisation :

ionisation chimique négative (NCI)ionisation électronique (EI)

10

Composés analysés – mode NCI Chlorpyrifos-d10

Hexachlorobenzene p,p'-DDE Pentachloroanisol Profenofos BHC alpha Dieldrin Quintozene o,p'-DDD Diazinon Ethion Lindane o,p-DDT BHC beta Endrin Vinclozalin Nonachlor-cis Methyl paraoxon p,p'-DDD Heptachlor Endosulfan beta S421 p,p'-DDT Pentachloroaniline Endosulfan sulfate Fenchlorophos Fenpropathrin Chlorpyrifos-methyl L-cyhalothrin (lambda)...BHC Delta L-cyhalothrin (lambda)...Aldrin Imidan (Phosmet) Chlorthal-dimethyl Tedradifon Chloropyrofos-ethyl (D... Mirex Pentachlorophenylmethyl Permethrin (pic I) o,p'-dicofol Permethrin (pic II) Dichlorofluanid Azinphos ethyl Parathion(-ethyl) Cyfluthrin (pic I) Bromophos-methyl Cyfluthrin (pic II) Pendimethalin Cyfluthrin (pic III) Oxychlordane Cypermethrin (Pic I+Pi...Heptachlor epoxide B Cypermethrin (PicII) Mecarbam Cypermethrin (PicIII) Bromophos-ethyl Flucythrinate (Pic I) Heptachloro epoxide A Flucythrinate (Pic II) o,p'-DDE Fluvalinate Tau (pic I) Chlordane Trans Fluvalinate Tau (pic II) Chlordane cis Fenvalerate (pic I) Nonachlor Trans Fenvalerate (pic II) Endosulfan alpha Deltamethrin Prothiophos (Tokuthion)


11

Composés analysés – mode EI Phenanthrène-d10 Methacrifos Heptachlor epoxide B (...Tecnazene Quinalphos BHC alpha Heptachlor epoxide A (...Hexachlorobenzene Procymidone Pentachloroanisole Bromophos ethyl BHC beta o,p'-DDE Quintozene (PCNB) Paraoxon-ethyl-ParaoxonLindane Chlordane gamma (trans) Diazinon Chlordane alpha (cis) Fonofos (Dyfonate) Endosulfan alpha (isomer I) Etrimphos Prothiophos (Tokuthion) BHC delta Profenofos Chloropyrifos methyl p,p'-DDE Vinclozalin o,p'-DDD Methyl parathion Dieldrin Fenchlorophos Fensulfothion (Dasanit) Heptachlor Ethion S421 p,p'-DDD Fenitrothion Endosulfan beta(Isomer II) Pirimiphos methyl o,p'-DDT Malathion p,p'-DDT Dichlorofluanid Endosulfan sulfate Pentachlorophenylmethy... Piperonyl butoxide Chlorpyrifos-ethyl (Dursban) Imidan (Phosmet) Chlorpyrifos-d10 Bromopropylate Fenthion Fenpropathrin (Danitol) Chlorthal-dimethyl (Da... Methoxychlor Pentachloroaniline L-cyhalothrin Aldrin Tetradifon Parathion Permethrin I Pirimiphos ethyl Permethrin (pic II) Bromophos methyl Mirex Pendimethalin Flucythrinate I Chlorfenvinphos Flucythrinate II Mecarbam Fenvalerate I Oxychlordane Fenvalerate (pic II)


12

Optimisation du procédé par l’élaboration d’un plan expérimental multifactoriel qui sera appliqué pour les 5 essences

Facteurs• Solvant• Température • Temps

Variables réponses• Activité biologique : 4 plateformes d’essais antimicrobien • Rendement

PROCÉDÉS D’EXTRACTION

17 extraits / essences = > 85 extraits

13


Rendement

ANOVA for Response SurfaceQuadratic Model

Analysis of variance table [Partial sum of squares - Type III]

Sum of Mean F p-valueSource Squares df Square Value Prob > FModel 322.56 9 35.84 19.15 0.0004 significant

A-Temps 0.13 1 0.13 0.067 0.8035B-Ratio 86.46 1 86.46 46.20 0.0003C-Température 0.36 1 0.36 0.19 0.6737AB 0.42 1 0.42 0.23 0.6492AC 1.32 1 1.32 0.71 0.4283BC 1.44 1 1.44 0.77 0.4095A^2 3.30 1 3.30 1.76 0.2260B^2 221.93 1 221.93 118.58 < 0.0001C^2 8.14 1 8.14 4.35 0.0755

Residual 13.10 7 1.87Lack of Fit 5.95 3 1.98 1.11 0.4430 not significantPure Error 7.15 4 1.79Cor Total 335.66 16

14


15

PROCÉDÉS D’EXTRACTION Meilleur procédé d’extraction théorique selon le logiciel

Rendement.

Activité biologique (pour chaque souche microbienne testée ou de l’ensemble).

Combinaison des deux variables réponses.

Number Temps Ratio Température Rendement C.A. E. coli PA SA Desirability

1 30.00 93.20 45.00 18.6595 389.562 -0.257059 -3.14498 28.0159 0.854 Selected

16

MESURE DE L’ACTIVITÉ BIOLOGIQUE PLATEFORME − SEREX

Plateforme – Efficacité antifongique pour agents de protection du bois

Mesure de l’activité inhibitrice sur la croissance des champignons par 1 méthode in vitro• Méthode de la croissance radiale

Utilisation de souches mentionnées dans les normes ASTM D1413 et ASTM D4445• 2 pourritures (1 brune et 1 blanche)• 1 moisissure• 1 bleuissement

17

PLATEFORMES − CRBMPlateforme – Efficacité antimicrobienne pour agents de conservation

Réglementation en vigueur de Santé Canada (USP-NF / Ph.Eur.)

Quantification du taux de réduction du contenu microbien (log)

Utilisation de 5 souches réglementées• 1 moisissure• 1 levure • 3 bactéries

Temps d’action donné (moyen terme – jours)

18

Plateforme – Désinfection de contact:Réglementation en vigueur de Santé Canada (AOAC, ASTM)

Quantification du taux de réduction du contenu microbien (log)

Utilisation de souches réglementées• 2 bactéries (E. coli et SARM)

Temps d’action donné (court terme – minutes)

PLATEFORMES − CRBM

19

Plateforme – Efficacité antibactérienne pour agents bactéricides/bactériostatiqueMesure du taux d’inhibition de la

prolifération bactérienne (%)

Utilisation de souches selon le besoin des partenaires

Mesure de turbidimétrie

Mesure de l’activité métabolique par luminescence

PLATEFORMES − CRBM

20

ANALYSES DES RÉSIDUS DE PESTICIDES DANS LES EXTRAITS

Résultats - résumé• 4 espèces sur 5 ne présentent pas de pesticides (résultats inférieurs au seuil

de sensibilité de la méthode analytique).

• Présence de 3 résidus de pesticides pour la pruche :• Pendimethalin : 18X supérieur à la norme USP • Endosulfan alpha (isomer I) : conforme à la norme USP• Profenofos : 10X supérieur à la norme USP

• La norme USP (extraits botaniques – utilisation orale) demeure un indicatif et non une norme stricte pour des produits de consommation topiques ou autres. Le type d’extraction et la consommation journalière sont les éléments influençant directement la tolérance acceptée pour ce type d’utilisation.

21

Temps Ratio Température C.A. E. coli PA SA DesirabilityEssence #1 30,0 100,0 45,0 383,8 32,3 31,2 27,7 0,8Essence #2 30,0 37,7 45,0 646,4 419,3 100,3 34,0 0,8Essence #3 90,0 54,6 73,7 980,0 628,7 192,9 45,9 0,9Essence #4 40,8 52,9 75,0 598,1 1415,2 139,7 145,4 0,7Essence #5 47,6 29,2 45,0 1080,0 2268,7 283,1 138,5 0,6

Validation des paramètres sélectionnés pour chaque application (n=3)

EXEMPLE DE RÉSULTATS : AGENT DE CONSERVATION

22

RETOMBÉS DU PROJET POUR LES PARTENAIRES

Groupe GDS Nouvelles opportunités de marché pour ses écorces. Diversification du panier de produits (secteur bois: antistain).

Bio ForeXtra Substitut aux agents chimiques de conservation pour les cosmétiques.

Sani Marc Substitut aux désinfectants de synthèse.

GreenField Global Substitut aux agents antimicrobiens.

développement de biocides à base d’extractibles forestiers

Documents