fermentation - Etud.insa
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FERMENTATION le terme de fermentation est réservé à la culture de microorganismes (bactéries, levures, moisissures) mais, métaboliquement parlant, on devrait réserver ce terme aux cultures en conditions d'anaérobiose (ex. fermentation alcoolique) le fermentation est prépondérante en biotechnologies car: • les microorganismes sont faciles à manipuler (sélection, conservation des souches, amélioration …) • les microorganismes sont peu exigeants en nutriments et conditions de culture • leur croissance en culture est rapide les fermentations s'opèrent le plus souvent en milieu liquide : dans des fermenteurs les souches peuvent être améliorées par mutagénèse, transformation (clonage), ingénierie métabolique LE FERMENTEUR il permet de réaliser les cultures dans des conditions stériles, physiquement et chimiquement contrôlées : • • • • température pH agitation pO2 il est mis en œuvre de trois manières : • • • batch fed-batch continu PRODUITS DE FERMENTATION les microorganismes en culture peuvent servir à produire : • • • de la biomasse • des protéines des métabolites primaires des métabolites secondaires le fermentation est aussi au cœur des procédés de fabrication de produits traditionnels dits "fermentés" : • • • • ensilage, choucroute, olives, pain, café, cacao, thé, pastel fromages saucisses, jambons, produits de pêche vins, cidre, bière, sake PRODUCTION DE BIOMASSE elle a pour but de produire des protéines qui pourront être utilisées en alimentation animale (parfois humaine) : SCP ou POU les microorganismes utilisés (bactéries, microalgues, levures, champignons filamenteux) peuvent utiliser comme substrat : • • • • • • le dioxyde de carbone (chlorelles , spirulines) le méthanol l'éthanol le lactosérum l'amidon ou le glucose des hydrocarbures PRODUCTION DE METABOLITES PRIMAIRES un très grand nombre de molécules, métabolites primaires sont produits industriellement par fermentation : • • • • • • • • • acides aminés acides organiques alcools et solvants carburants lipides nucléotides polysaccharides vitamines pigments ACIDES AMINES production mondiale (1992) utilisations : alimentation humaine, nutrition animale, substrats de synthèse (chimie (pharmacie) ACIDES ORGANIQUES acide acétique : 300 000 t/an (2,5 Mt/an chimie) acide butyrique : utilisé pour la synthèse de polymères acide citrique : 400 000 t/an, additif alimentaire, utilisé en pharmacie et en chimie acide gluconique : 45 000 t/an, utilisé en pharmacie et alimentaire acide lactique : 40 000 t/an, utilisé en alimentaire, textiles, plastiques, cuir acides malique, tartrique, propionique, oxalique … ALCOOLS, SOLVANTS, CARBURANTS éthanol : 80% de la production mondiale est d'origine biotechnologique. Bon candidat comme biocarburant (ou additif) et surtout comme élément de départ d'une nouvelle chimie (en remplacement des produits pétroliers) méthane : biogaz (valorisation des déchets) butane 2,3 diol : additifs de carburants diesel dihydroxyacétone glycérol … VITAMINES vitamine B12 vitamine B2 ergostérol PIGMENTS β caroténoïdes pigments de Monascus POLYSACCHARIDES xanthane dextrane pullulane METABOLITES SECONDAIRES (1) ne sont pas nécessaires à la croissance grande variété de structure et d'activités voies de synthèses propres distribution généralement limitée à un nombre réduit d' organismes on peut en compter jusqu'à : • • • • • • 1500 chez les bactéries 5500 chez les actinomycètes 2000 chez les champignons 300 chez les algues 3000 chez les plantes 1000 chez les animaux plusieurs centaines sont produits par biotechnologie METABOLITES SECONDAIRES (2) antibiotiques : • 30 antibiotiques produits par des actinomycètes + 12 par fermentation suivie de modification chimique • 3 antibiotiques produits par des champignons + 39 par fermentation suivie de modification chimique • 5 antibiotiques sont produits par fermentation bactérienne alkaloïdes antidiabétiques anticholestérolémiques immunomudulateurs insecticides pesticides herbicides PROTEINES les microorganismes sont des outils très performants de production de protéines natives ou recombinées (expression de gènes clonés) : • • • • enzymes hormones (insuline, hormone de croissance) interféron antigènes la production microbienne permet d'atteindre des productivités importantes, mais la protéines n'est pas toujours obtenue dans des formes satisfaisantes (glycosylation) dans certains cas il faut avoir recours aux cultures de cellules animales (anticorps, facteurs tissulaires …)
