Fermentation industrielle et bioprocédés

La fermentation industrielle et les bioprocédés consistent à intensifier la culture microbienne dans des bioréacteurs conçus à cet effet afin de fabriquer une vaste gamme de produits à partir de matières premières peu coûteuses.

Definition

La fermentation industrielle et les bioprocédés désignent la culture contrôlée à grande échelle de microorganismes ou de leurs composants pour la fabrication de produits, ainsi que l'ingénierie des procédés par lesquels ces produits sont élaborés et récupérés.

Scope

Ce sujet aborde la conception et le fonctionnement des bioréacteurs ; la distinction entre les métabolites primaires et secondaires ; les procédés en discontinu (batch), en semi-continu (fed-batch) et en continu ; la sélection et l'amélioration des souches ; le contrôle des conditions telles que l'aération, la température et le pH ; ainsi que la récupération et la purification en aval des produits. Il considère la culture microbienne comme une discipline d'ingénierie fondée sur des principes physiologiques.

Core questions

• Comment les microbes sont-ils cultivés à l'échelle industrielle ?
• Qu'est-ce qui distingue la production de métabolites primaires de celle de métabolites secondaires ?
• Comment les conditions des bioréacteurs sont-elles contrôlées pour maximiser le rendement ?
• Comment les produits sont-ils récupérés d'une fermentation ?

Key concepts

• Conception et fonctionnement des bioréacteurs
• Métabolites primaires versus métabolites secondaires
• Fermentation en discontinu, en semi-continu et en continu
• Sélection et amélioration des souches
• Traitement en aval

Mechanisms

Dans un bioréacteur, des conditions telles que l'apport en nutriments, l'oxygène, la température et le pH sont contrôlées pour favoriser la croissance et la formation de produits. Les métabolites primaires s'accumulent pendant la phase de croissance active, tandis que les métabolites secondaires, tels que de nombreux antibiotiques, sont généralement produits après le ralentissement de la croissance. Les stratégies de procédé, y compris l'ajout de substrat en mode semi-continu (fed-batch), optimisent le rendement, et le traitement en aval sépare et purifie le produit de la culture.

Clinical relevance

La fermentation industrielle permet de produire à grande échelle des antibiotiques, des enzymes, des acides organiques, des acides aminés, des vitamines et des protéines recombinantes. Les principes des bioprocédés sous-tendent la fabrication de nombreux produits pharmaceutiques, alimentaires et chimiques industriels.

History

Les procédés microbiens à grande échelle sont passés des techniques de fermentation traditionnelles à une industrie fondée sur la science au XXe siècle, avec des étapes marquantes telles que la fermentation industrielle acétone-butanol et l'intensification de la production de pénicilline en temps de guerre, qui ont établi les méthodes des bioprocédés modernes.

Key figures

• Louis Pasteur
• Chaim Weizmann

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

Qu'est-ce qu'un métabolite secondaire ?

Un métabolite secondaire est un produit microbien non essentiel à la croissance, généralement synthétisé après le ralentissement de la croissance active. De nombreux antibiotiques sont des métabolites secondaires, c'est pourquoi leur production en fermentation atteint souvent son apogée aux stades ultérieurs de la culture.