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Auteur(s)
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Guy BOURAT : Ancien Élève de l’Institut National Agronomique - Direction Scientifique de Rhône‐Poulenc Santé
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Le terme de fermentation est apparu au XVIe siècle ; il vient du latin fervere : bouillir (dégagement de bulles de CO2 dans un moût de vinification).
Pasteur, le fondateur de la microbiologie, l’a défini comme « la vie en absence d’oxygène ». Un tel critère ne convient plus actuellement tant sur le plan scientifique que technologique. Une acception plus pragmatique est préférable, incluant outre la vie en absence d’oxygène (anaérobiose), la vie en présence d’oxygène (aérobiose), dès lors que l’organisme vivant est un micro-organisme.
L’article ci‐après présente d’abord succinctement les propriétés morphologiques, physico‐chimiques et physiologiques des micro-organismes utilisés dans les fermentations. Il donne ensuite un aperçu de la modélisation mathématique qui a pu être faite sur le comportement de la biomasse dans les réacteurs de fermentation.
Un glossaire des principaux termes utilisés a été ajouté à l’usage des lecteurs non biochimistes.
Par ailleurs une liste non exhaustive d’ouvrages de base de biochimie est donnée en .
Les principales applications industrielles des fermentations et l’ingénierie des fermenteurs feront l’objet d’articles séparés dans ce traité.
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Fermentation discontinue des micro-organismes, dite de type batch1. Caractéristiques générales des micro-organismes utilisés dans les fermentations
Le tableau 1 donne une vue simplifiée des êtres vivants communément appelés micro-organismes. Il est clair que ce terme, dépourvu de définition scientifique stricte, regroupe de nombreuses espèces disparates au plan taxonomique, dont le seul facteur commun tient à la petitesse de leur taille : du dixième de micron à quelques microns.
L’industrie n’exploite actuellement qu’une infime partie du règne des protistes (*) : moins d’une centaine d’espèces appartenant soit aux bactéries [eubactéries (*) et actinomycètes (*)], soit aux champignons inférieurs (levures et champignons filamenteux).
Si l’on accepte l’aphorisme de Beyerinck postulant au début de ce siècle que l’on trouvera toujours sur terre un micro-organisme capable d’effectuer pratiquement n’importe quelle réaction chimique, on voit que l’industrie fermentaire a encore un bel avenir devant elle, sans même parler de l’exploitation des futures espèces créées de novo par génie génétique.
1.1 Propriétés morphologiques et physico‐chimiques des micro-organismes
1.1.1 Structures exocellulaires
Tout micro-organisme possède une paroi, sorte d’exosquelette lui conférant une forme caractéristique, de grandes résistances mécanique et chimique, ainsi qu’une véritable signature chimique (reconnaissable notamment par le système immunitaire des êtres supérieurs).
La composition simplifiée de cette paroi permet de distinguer :
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la muréine, formée d’enchaînements alternés de N‐acétylglucosamine et d’acide N‐acétylmuramique entretoisés par des oligopeptides ;
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deux complexes (polysaccharidique et lipoprotéique) dont l’imbrication en couches caractéristiques amène à classer toutes les bactéries en fonction de leurs réponses à un test de coloration spécifique dit test de Gram. Ce critère constitue la base de la taxonomie bactérienne.
Certaines bactéries gram‐positives peuvent, dans un environnement défavorable, adopter une forme très condensée,...
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