Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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Freezing and dehydration allow for the long-term preservation of biological systems by slowing cellular degradation. These processes involve heat and mass transfers that can lead to the alteration of cellular structures. The mastery of the kinetics of these transfers, associated with the use of various cellular protectants allows for the implementation of specific freezing and dehydration protocols according to the biological system to be preserved.
Auteur(s)
-
Sébastien DUPONT : Ingénieur de recherche UMR Procédés alimentaires et microbiologiques Agrosup Dijon/Université de Bourgogne
-
Laurent BENEY : Maître de conférences UMR Procédés alimentaires et microbiologiques Agrosup Dijon/Université de Bourgogne
-
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
KEYWORDS
préservatives | food preservation | freezing | heat transfer | mass transfer
DOI (Digital Object Identifier)
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Conservation par déshydratation
En anglais
4. Conservation par diminution de température
Étant donné que la mobilité, la flexibilité, la plasticité et la réactivité moléculaires sont fortement dépendantes de la température, la diminution de température s'impose comme un moyen efficace pour ralentir le métabolisme cellulaire.
La conservation par le froid est réalisée selon trois grands modes qui sont :
-
le maintien à température basse et positive ;
-
la cryoconservation avec formation de cristaux ;
-
la cryoconservation avec vitrification.
Les deux méthodes de cryoconservation reposent sur la mise en œuvre de températures cryogéniques auxquelles les gaz se liquéfient à pression atmosphérique.
4.1 Conservation hypothermique
La diminution de température permet de conserver les molécules, les cellules, les tissus et les organes d'origine biologique en ralentissant la vitesse des réactions chimiques et enzymatiques. Le ralentissement des réactions est lié, d'une part, à la diminution de la diffusion, et d'autre par, au ralentissement des mouvements intramoléculaires.
Le lien entre la vitesse des réactions cellulaires et la température est décrit par la loi d'Arrhenius :
avec :
- k :
- constante ou coefficient de vitesse de réaction,
- A :
- facteur de fréquence ou facteur pré-exponentiel,
- Ea :
- énergie d'activation,
- R :
- constante des gaz parfaits,
- T :
- température.
-
Elle permet théoriquement de prédire des durées de conservation étendues de quelques heures à quelques semaines par abaissement de la température vers 0-5 oC. La conservation à moyen ou long terme n'est cependant pas imaginable par cette simple stratégie. Le stockage à ces niveaux de température ne stoppe pas totalement la dégradation chimique et l'altération...
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Conservation par diminution de température
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).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Certification des Centres de Ressources Biologiques - NF S96-900 -
ANNEXES
Aucune réglementation particulière
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs
-
Matériel de cryoconservation
Air Liquide Division Matériel Cryogénique (DMC) – Cryopal http://www.dmc.airliquide.com
Thermo Scientific http://www.thermoscientific.com
-
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
-
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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