Présentation
Auteur(s)
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Maurice NONUS : Ingénieur de rechercheUniversité de Technologie de Compiègne
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Patrice COGNART : ROBIN Industries
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Françoise KERGOAT : BSL Industries
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Jean-Michel LEBEAULT : ProfesseurUniversité de Technologie de Compiègne
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Lire l’articleINTRODUCTION
Sans même connaître l’existence de micro-organismes, les Égyptiens, en 4 000 avant Jésus-Christ, utilisaient les levures pour fabriquer du pain et des breuvages alcoolisés. Sans asepsie mais avec un sens développé de l’observation, des savoir-faire ont été perpétués et améliorés au cours des siècles. Ce n’est qu’au XIX e siècle qu’a vraiment démarré la mise en valeur des propriétés des micro-organismes à des fins utilitaires. Au progrès des connaissances s’est ajoutée la nécessité de satisfaire des besoins d’hygiène, de santé et d’alimentation qui ont permis l’essor des procédés de fermentation et le développement de technologies appropriées aux cultures microbiennes massives : les fermenteurs. L’homme maîtrise aujourd’hui les cultures de bactéries, levures, champignons, de cellules animales, végétales et d’insectes, de virus et bactériophages.
Compte tenu de cette diversité, des caractéristiques spécifiques de chaque classe d’organismes et des particularités d’espèces, de très nombreux réacteurs de laboratoire ont été décrits. Nous abordons dans cet article la conception des fermenteurs industriels les plus utilisés et principalement dédiés aux cultures de bactéries, levures et champignons.
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Fermentation. Terminologie. Définitions1. Généralités
Pour se développer, tout organisme a besoin d’une source de carbone, d’azote, de phosphore, de soufre, d’éléments minéraux appelés oligo-éléments, d’eau et d’énergie. Des facteurs d’exigence sont parfois requis lorsque le métabolisme bactérien est incapable de les synthétiser.
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Les micro-organismes sont ainsi classés selon leurs besoins en source de carbone et d’énergie (tableau 1).
La majorité des procédés industriels met en œuvre des micro-organismes hétérotrophes, qui tirent le carbone cellulaire des composés organiques du milieu environnement, et utilise l’oxygène.
On distingue ainsi les procédés aérobies qui nécessitent l’apport d’oxygène dissous aux cellules et les procédés anaérobies où les cellules tireront l’oxygène des composés organiques.
Par opposition, les micro-organismes autotrophes tirent leur énergie de la lumière et utilisent le CO2 comme source de carbone.
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Afin de se développer et de se multiplier, les cellules ont besoin d’énergie, qu’elles puisent dans les réactions d’hydrolyse de composés macromoléculaires et l’assimilation de molécules élémentaires comme le glucose. L’ensemble de ces multiples voies de dégradation est appelé le catabolisme.
Lorsque suffisamment d’énergie est libérée, les cellules synthétisent l’ATP (adénosine triphosphate) ; celle-ci est la monnaie d’échange énergétique cellulaire qui sera hydrolysée en ADP + P (adénosine diphosphate + phosphore) inorganique en libérant de l’énergie. Cette énergie peut être utilisée pour potentialiser les molécules nécessaires à l’anabolisme, l’ensemble des voies métaboliques qui élaborent des molécules des constituants cellulaires.
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De même, l’oxydation des composés organiques est couplée à la réduction d’autres composés. Dans les systèmes biologiques, l’hydrogène est l’élément clé du transfert qui est effectué par l’intermédiaire de coenzymes [NAD (nicotinamide adénine dinucléotide), NADP (nicotinamide adénine dinucléatide phosphate), FAD (flavine odéine dinucléotide)].
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