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Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise en place d’une chaîne de valeur au Lac St-Jean pour leur exploitation Nathalie Bourdeau, Patrick Marchand et collaborateurs

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Page 1: Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise ... · Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise en place d’une chaîne de valeur au Lac St-Jean pour leur

Extractibles forestiers comme agent antimicrobien :

mise en place d’une chaîne de valeur au Lac St-Jean pour leur exploitation

Nathalie Bourdeau, Patrick Marchand et collaborateurs

Page 2: Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise ... · Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise en place d’une chaîne de valeur au Lac St-Jean pour leur

2

Who we are?

Why forest extract?

How to obtain a commercial antimicrobial extract from

wood bark ?

Some results of our research

Page 3: Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise ... · Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise en place d’une chaîne de valeur au Lac St-Jean pour leur

Who we are?

Under the same roof

3

Fondamental and applied research on biobased products, biomass pretreatment, vegetal biology and metabolomic

$80M pilot plant

More than 100 industrial partners

Industrial ResearchChair on Environment

and BiotechnologyResearch Group on

vegetal biology

Page 4: Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise ... · Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise en place d’une chaîne de valeur au Lac St-Jean pour leur

Sani Marc Group4

Sanitationdivision

Food and beverage

division

pool/spadivision

Page 5: Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise ... · Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise en place d’une chaîne de valeur au Lac St-Jean pour leur

Sani Marc Lab5

• Team LeaderPatrick Marchand, PhD

• 6 Chemists• 2 Microbiologists• 6 Lab Technicians

• 2 chemists dedicated to technical support

• In house regulatory support

Total of 112 years of experience in cleaning and disinfection

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Why forestextracts?

Large potential Medical Nutraceutic Cosmetic Assainissement

6Antioxidant

Antiinflammatory

Anticancer

Antimicrobial

Acide caféique

Naringénine

Acide bétulinique

Kaempférol

Quercétine

LupéolCatéchine

Stigmastérol

Coumarin

Rhamnetin

Page 7: Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise ... · Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise en place d’une chaîne de valeur au Lac St-Jean pour leur

Sani Marc interest

Disinfection represent more than half our sales in chemical

Needs for Greener alternative

Environmental awareness

Circular economy

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Why bark extracts ?

Forest resource in Qc

Need for diversification of forest products and getother high value co-products to support the industry

8

http://www.rcinet.ca/fr/2015/11/25/quelle-sante-pour-la-foret-quebecoise-apres-des-annees-de-crise/

http://www.europages.fr/entreprises/sciage%20du%20bois.html

https://www.papnews.com/new-record-high-globally-traded-wood-chips-2016/

Page 9: Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise ... · Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise en place d’une chaîne de valeur au Lac St-Jean pour leur

How to obtain a commercial antimicrobial extract from wood bark ?

2 industries = 2 realities

9

Final extract user industry

Primary resource user industry

ResiduesQuality raw

material

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10

Harvested in the forest

SawmillPaper

Energy

Usine d’extractibles

Résidus d’extraction

Lumber

Raffinage selon besoins des marchés

How to obtain a commercial antimicrobial extract from wood bark ?

Page 11: Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise ... · Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise en place d’une chaîne de valeur au Lac St-Jean pour leur

Setting up a value chain Forêt modèle du Lac Saint-Jean :

diversification of forest products to support the economy of the region

Implantation of a forest extract plant in Lac Saint-Jean

11

Will of an economic development organization, motivated by the presence of an end user

Biomass conditionning for quality products

Secure biomass supply

Natural antimicrobial for sanitation products

Biomass supply

2015…

Page 12: Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise ... · Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise en place d’une chaîne de valeur au Lac St-Jean pour leur

«Production of biocidal molecules from forest extracts for the manufacture of sanitation products»

12 Setting up a value chain2016…

Objective : develop a process for a future bark extracts plant in Lac St-Jean, to supply Sani Marc with natural

antimicrobial molecules

Page 13: Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise ... · Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise en place d’une chaîne de valeur au Lac St-Jean pour leur

Methodology13

SupplyBark residus

caracterisation/preparation:Cleaning – sieving - grinding

Chemical caracterisation of bark residus

Process development

Crude extract screening for antimicrobial activity

Integration in Sani Marc formulation

Validation

Page 14: Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise ... · Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise en place d’une chaîne de valeur au Lac St-Jean pour leur

250 000 green ton/year of bark (spruce, fir, birch, aspen)

Infrastructure for biomass conditionning(cleaning, sieving, grinding)

Heat

14 Results

SupplySupply

Cogénération St-Félicien

Bark residuscaracterisation/preparation : Cleaning - Sieving - Grinding

Bark residuscaracterisation/preparation : Cleaning - Sieving - Grinding

Fraction over 7mm for optimal yield

2017…

Page 15: Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise ... · Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise en place d’une chaîne de valeur au Lac St-Jean pour leur

More than 1200 molecules identified

Alkaloids, phenolics, terpens

15

Chemical caracterisationof bark residus

Chemical caracterisationof bark residus

0

5

10

15

20

25

30

% (w

/w)

Yield

Bouleau Peuplier Épinette Sapin

Results

Page 16: Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise ... · Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise en place d’une chaîne de valeur au Lac St-Jean pour leur

Extracts biocidal against 6 microorganisms tested in lab, at 0,44%

16

Extracts developmentwith antimicrobial activity

Extracts developmentwith antimicrobial activity

Results

Page 17: Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise ... · Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise en place d’une chaîne de valeur au Lac St-Jean pour leur

Antibacterial testing method

Adapted from AOAC 960.09 Initial count 1010 bacteria Dissolve 4.5% crude extract in solvent Centrifugation to keep dissolved product only (3%) React with bacteria (1 hours) Neutralize disinfectant product (tween, buffer, thiosulfate,

lecithine) Plate Count 24h and 48 h later To be accepted by health canada we need 6 Logs

reduction

17

Integration in Sani Marc formulation

Integration in Sani Marc formulation

Page 18: Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise ... · Extractibles forestiers comme agent antimicrobien : mise en place d’une chaîne de valeur au Lac St-Jean pour leur

Antibacterial efficiency Trial DMSO/water (30%/70%)

Inactivation of QUAT efficiency on E. coli (50 ppm; 10 minutes) 6 log reduction with water

1.5 log reduction with DMSO/water

No efficiency with fir extract in 3% on E. coli 4h, 21°C

Trial in MeOH/water (20%/80%) 4,6 log reduction on E. coli with 3% of fir extract

1h, 21°C

18

0

2

4

6

DMSO MeOH

Log

CFU

/ml

Efficiency depends on solvent

Quat Fir

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Formulation

Hard for now Crude extract not compltetly solubles (around 60%

soluble). Need to add Solvents

Surfactants

Dark brown solution

Important to purify Easiest to formulate

Diminution of concentration for bactericidal efficiency

19

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Reactive extrusion for increase the yied

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Process developmentProcess development

Pulp and paper technologies for extraction and separation

Results

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21 Futur works Extracts separation and purification

Process development

Preliminary techno-economic analysis

More than one product…By focusing on a primary extraction plant to produce crudeextract, we make available a large diversity of molecules whichcould then be purified for specific markets (chemical, pharma, cosmeceutic,nutraceutic, etc.)

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Industries

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Accelarated the research and ensure the technology transfert

Synergy

University-College-Industries Synergy

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