Technologie des bioréacteurs

Résumé du document

De nombreuses industries alimentaires ont recours à la culture de levures en réacteur. Ces micro-organismes, cultivés dans des conditions particulières de température, d'apport d'éléments de croissance, de pH, d'agitation et d'aération, sont à l'origine des fermentations lactique et/ou alcoolique. Les applications les plus rencontrées en industrie alimentaire sont les fermentations lactiques en laiterie ainsi que les levures utilisées en boulangerie et en brasserie. Cependant les récentes avancées technologiques notamment dans le domaine des biocarburants font également appel à ces procédés de fermentation.
Le but de ce TP est de comprendre les processus biologiques mis en œuvre pendant la fermentation, ainsi que de modéliser les cinétiques de croissance de biomasse, consommation du substrat et la production de molécules d'intérêt par les levures (éthanol dans notre cas).
La manipulation consiste donc à suivre l'évolution des concentrations en biomasse (levures), en substrat (glucose=source de carbone) et en produit (éthanol) ; et de comprendre l'influence des concentrations de ces deux dernières molécules sur la fermentation (effets inhibiteurs par exemple).

Extraits

[...] Nous allons suivre l'évolution de la biomasse, du glucose et de l'éthanol au cours du temps. Une mesure de DO d'échantillons de milieu prélevés toutes les heures pendant 8 heures nous permettra de déterminer l'évolution de la biomasse dans le milieu grâce à la relation suivante : X = 0,72*DO600 nm On effectue parallèlement les dosages d'éthanol et de glucose sur les mêmes échantillons que l'on filtre préalablement. Le dosage de l'éthanol est réalisé par chromatographie en phase gazeuse. L'aire du pic obtenu nous permettra grâce à une courbe d'étalonnage de connaître la concentration en éthanol du milieu chaque heure. [...]

[...] Technologie des bioréacteurs De nombreuses industries alimentaires ont recours à la culture de levures en réacteur. Ces micro-organismes, cultivés dans des conditions particulières de température, d'apport d'éléments de croissance, de pH, d'agitation et d'aération, sont à l'origine des fermentations lactique et/ou alcoolique. Les applications les plus rencontrées en industrie alimentaire sont les fermentations lactiques en laiterie ainsi que les levures utilisées en boulangerie et en brasserie. Cependant les récentes avancées technologiques notamment dans le domaine des biocarburants font également appel à ces procédés de fermentation. [...]

[...] - Phase 2 : plus de glucose donc consommation de l'éthanol, la levure passe progressivement en métabolisme respiratoire, ceci étant confirmé par une baisse nette du pourcentage d'O2 dissous à partir de 3h, temps charnière du passage au second métabolisme. Optimisation du procédé L'optimisation d'un tel procédé passe tout d'abord par un contrôle précis des concentrations en substrat et produit afin d'éviter les nombreux phénomènes d'inhibition et la consommation du produit comme source de carbone. Ainsi l'alimentation en substrat doit être régulée, continue et en faible quantité afin d'éviter l'effet Crabtree. Si l'on utilise qu'un seul fermenteur, ces précautions permettent de séparer temporellement les phases de croissance et de production d'éthanol. [...]

[...] Ces procédés nécessitent de nombreux moyens de régulation de pH, de température,etc . qui permettront de maintenir de conditions de culture optimales qui optimiseront au maximum les procédés fermentaires et/ou respiratoires. Ces systèmes de régulation sont essentiels pour éviter les nombreuses inhibitions qui peuvent apparaître au cours du temps dans la mesure ou ces cultures en réacteurs sont quelque fois des procédés très longs fonctionnant sur des dizaines d'heures voire des dizaines de jours. Ces genres de procédés s'avèrent très intéressant notamment dans les nouvelles technologies de production de biocarburants. [...]

[...] C'est dans ce dernier qu'aura lieu la multiplication et la croissance des levures afin d'obtenir une concentration en biomasse élevée. Cette biomasse est ensuite envoyée dans le second réacteur où aura lieu la fermentation alcoolique. On trouve dans ce milieu les hydrolysats de céréales obtenus parallèlement. Ce procédé de fermentation des sucres en C6 reste la voie industrielle de production de bioéthanol. Ces procédés continus connus sous le nom de procédé Speichim et Biostil sont très productifs avec un rendement supérieur à aux procédés discontinus. [...]