Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
La congélation et la déshydratation permettent la conservation de systèmes biologiques sur de longues périodes par le ralentissement des réactions de dégradation cellulaire. Ces opérations impliquent des transferts de chaleur et de masse pouvant conduire à l'altération des structures cellulaires. La maîtrise de la cinétique de ces transferts, associée à l'utilisation de différents protectants cellulaires, permet la mise en place de protocoles de congélation et de déshydratation spécifiques en fonction du système biologique à conserver.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Sébastien DUPONT : Ingénieur de recherche UMR Procédés alimentaires et microbiologiques Agrosup Dijon/Université de Bourgogne
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Laurent BENEY : Maître de conférences UMR Procédés alimentaires et microbiologiques Agrosup Dijon/Université de Bourgogne
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Patrick Gervais : Professeur des universités UMR Procédés alimentaires et microbiologiques Agrosup Dijon/Université de Bourgogne
INTRODUCTION
La conservation à long terme des systèmes biologiques représente un enjeu considérable dans de très nombreux domaines d'activités industriels ou académiques : recherche, santé, industries biotechnologiques ou alimentaires… Les travaux de recherche accomplis, depuis quelques décennies, permettent aujourd'hui de comprendre les grands principes mis en jeu dans la suspension réversible et contrôlée des activités cellulaires ou tissulaires. Le nombre d'applications ne cesse d'augmenter, et il est aujourd'hui possible de conserver, sur des durées plus ou moins étendues, des cellules microbiennes (ferments, probiotiques, souches de collection…), des cellules et tissus végétaux ou animaux (cellules sanguines, cellules souches, tissus, embryons, organes). Les cas de conservation efficace à long terme d'organes, ou de tissus, restent cependant encore rares.
Les méthodes de préservation des systèmes biologiques reposent sur deux procédés : la déshydratation et la congélation. Ces deux méthodes conduisent à une forte augmentation de la viscosité intracellulaire, permettant de ralentir fortement les réactions de dégradation cellulaire. La mise en œuvre de ces méthodes peut cependant conduire à des altérations cellulaires pouvant aboutir à la mort des cellules. La maîtrise des paramètres opérationnels des procédés de déshydratation et de congélation, conditionnant les transferts de chaleur et de masse, est un élément-clé dans l'optimisation de la survie des systèmes biologiques à conserver.
L'objectif de ce chapitre est triple :
-
décrire l'état des connaissances acquises ;
dresser le bilan des applications réussies et des technologies développées ;
dessiner les perspectives de ce champ technologique et scientifique en plein essor.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
Conservateurs conservation des aliments congélation transfert de chaleur transfert de masse
DOI (Digital Object Identifier)
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Dommages cellulaires en congélation et déshydratation
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2. Transferts de chaleur et de matière en procédés de conservation
Qu'il s'agisse de congélation ou de déshydratation, les nombreuses applications de conservation prolongée de systèmes biologiques vivants permettent de comprendre son principe essentiel. La préservation d'un système biologique fonctionnel est possible lorsque l'arrêt des fonctions cellulaires s'effectue dans des conditions où la dégradation chimique et physique des cellules (habituellement compensée par les réactions biologiques) est également ralentie ou stoppée.
Les conditions favorables à la conservation à long terme sont donc celles qui engendrent la stabilisation physique et chimique des composants cellulaires. Elle résulte principalement de la diminution importante (plusieurs ordres de grandeur) des mouvements inter et intra-moléculaires. Ces conditions sont générées par l'augmentation de la viscosité extra et intracellulaire, et reposent par conséquent sur des modifications physico-chimiques induites par la variation des deux principaux paramètres qui influencent la mobilité moléculaire au sein des systèmes biologiques : la température et la teneur en eau (figure 1).
Par conséquent, les principales techniques de conservation à long terme des systèmes biologiques sont basées sur la réfrigération et la déshydratation.
Elles reposent donc sur l'application de transferts de chaleur et de matière entre le système biologique et le milieu externe. Ces transferts peuvent intervenir de manière exclusive ou de manière couplée.
2.1 Transferts de chaleur
Les transferts de chaleur appliqués à la conservation des systèmes biologiques visent principalement leur refroidissement (réfrigération, congélation), mais peuvent également être destinés à chauffer dans le cas des techniques de déshydratation fondées sur l'évaporation de l'eau (séchage).
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La vitesse de variation de la température dans l'échantillon est décrite par le modèle suivant ...
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Transferts de chaleur et de matière en procédés de conservation
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BERNER (J.L.), GERVAIS (P.) - A new visualization chamber to study the transient volumetric response of yeast cells submitted to osmotic shifts. - Biotechnology and Bioengineering, 43, p. 165-170 (1994).
-
(2) - BRONSHTEIN (V.) - Preservation by foam formulation : an alternative to freeze-drying. - Pharmaceutical technology, 28(4), p. 86-92 (2004).
-
(3) - DILLER (K.R.) - Modeling of bioheat transfer processes at high and low temperatures. - Advances in heat transfer, 22, p. 157-357 (1992).
-
(4) - DUMONT (F.), MARECHAL (P.A.), GERVAIS (P.) - Influence of cooling rate on saccharomyces cerevisiae destruction during freezing : unexpected viability at ultra-rapid cooling rates. - Cryobiology, 46(1), p. 33-42 (2003).
-
(5) - DUPONT (S.), BENEY (L.), RITT (J.F.), LHERMINIER (J.), GERVAIS (P.) - Lateral reorganization of plasma membrane is involved in the yeast resistance to severe dehydration. - Biochimica et Biophysica Acta, 1798(5), p. 975-985 (2010).
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Certification des Centres de Ressources Biologiques - NF S96-900 -
ANNEXES
Aucune réglementation particulière
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs
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Matériel de cryoconservation
Air Liquide Division Matériel Cryogénique (DMC) – Cryopal http://www.dmc.airliquide.com
Thermo Scientific http://www.thermoscientific.com
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Centre pilote pour la stabilisation de micro-organismes par séchage
Welience (Filiale de valorisation de l'université de Bourgogne) http://www.welience.com
2.2 Laboratoires – Bureaux d'étude
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Laboratoire spécialisé dans la conservation de cellules végétales
UMR DIADE (DIversité Adaptation et DEveloppement des plantes) de l'IRD de Montpellier. Équipe DESSITROP (Tolérance à la DESSIccation et conservation de la biodiversité des plantes TROPicales et méditerranéennes)...
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