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Auteur(s)
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Jean-Luc SIMON : Directeur des RecherchesRhône-Poulenc Chimie, usine de Melle
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Lire l’articleINTRODUCTION
La lysine est un acide aminé : l’acide 2,6-diaminohexanoïque, dont la formule brute est C6H14O2N2 . Elle possède donc deux fonctions amine.
La lysine, sous sa forme isomérique lévogyre exclusivement, est, pour l’homme et de nombreux animaux, un acide aminé essentiel qu’ils ne sont pas capables de synthétiser. Par ailleurs, les céréales sont, pour la plupart, pauvres en lysine. Il est donc nécessaire de renforcer la ration alimentaire des animaux monogastriques (porcs, poulets) par de la lysine. En ce qui concerne les bovins, l’utilisation de la lysine est limitée par la dégradation de celle-ci dans le rumen (ou panse). Pour permettre la libération de la lysine dans l’intestin, la mise au point de systèmes d’enrobage protecteurs s’avère nécessaire.
Après l’abandon des procédés d’extraction de la lysine à partir des protéines et des procédés enzymatiques, les deux sources de lysine sont aujourd’hui les tourteaux de soja et la fermentation. Le cours de la matière première agricole, lié à celui du dollar, oriente le plus souvent le choix entre les deux sources de lysine.
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Conditions et performances d’extraction4. Performances du procédé de fermentation
4.1 Rendement de conversion du substrat carboné en lysine
Une corynébactérie qui n’utiliserait le glucose que pour la synthèse de lysine exclusivement aurait un métabolisme obéissant à la réaction stœchiométrique globale suivante :
avec ΔH = – 444 kJ.
Ainsi le rendement massique théorique de conversion du glucose en lysine est de 0,61 g de lysine par gramme de glucose.
Il est impossible d’atteindre ce rendement théorique. En effet, pour obtenir une productivité en lysine élevée, il faut assurer une croissance rapide et importante. Plus on aura de bactéries (donc d’usines productrices), plus la productivité en lysine sera grande. La relation stœchiométrique reliant la consommation de glucose à la production de biomasse est la suivante :
avec ΔH = – 996 kJ.
Ainsi pour synthétiser x grammes de biomasse, il faut consommer 1,8 x grammes de glucose.
Un autre phénomène inévitable intervient surtout après la phase de croissance. Il s’agit du maintien en vie des cellules (maintenance), qui consomme également du substrat. Cette dépense en glucose est difficilement appréhendable théoriquement. Ainsi, c’est par des mesures d’activités enzymatiques clefs de la dégradation de ce substrat (citrate synthétase dans le cas des corynébactéries) que l’on accède à la vitesse de consommation du glucose nécessaire à la maintenance des cellules.
Le rendement massique idéal qui en résulte est alors voisin de 0,5 g de lysine par gramme de glucose.
Les industriels n’atteignent jamais ce rendement global, c’est-à-dire intégré sur toute la durée de la fermentation. Des fuites de substrat vers d’autres métabolites en excès ou des gaspillages de substrat (oxydation totale en CO2) se produisent ponctuellement au cours de la fermentation. Par l’amélioration de la souche et du procédé, les industriels cherchent donc à tendre vers un rendement massique de 50 %.
La...
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