Croissance industrielle des microorganismes l.jpg
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 62

Croissance industrielle des microorganismes PowerPoint PPT Presentation


  • 1163 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Croissance industrielle des microorganismes . Raisons : Obtention d’une biomasse servant - soit d’aliment (levures comme complément nutritionnel)

Download Presentation

Croissance industrielle des microorganismes

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Croissance industrielle des microorganismes l.jpg

Croissance industrielle des microorganismes


Slide2 l.jpg

Raisons :

Obtention d’une biomasse servant

- soit d’aliment (levures comme complément nutritionnel)

- soit à la fabrication d’aliment (levures pour la fabrication de pain, de bière, de brioches, de vin…, moisissures pour fabrication de fromages, saké…, bactéries pour fabrication de yaourt, de choucroute….)

Synthèse de molécules d’intérêt alimentaire, médical ou industriel

acide citrique, pénicilline, cyclosporine…..


Slide3 l.jpg

Plan

1- Les diverses techniques de culture

2- Caractéristiques des souches utilisées

3- Des exemples de cultures industrielles


1 les diverses techniques de culture l.jpg

1- Les diverses techniques de culture


Slide5 l.jpg

Deux grandes techniques de culture :

- Culture en discontinu = culture en batch

- Culture en continu = culture en milieu renouvelé

Remarque : existence d’un autre type de culture avec immobilisation des microorganismes


1 1 culture en discontinu culture en batch culture en milieu non renouvel l.jpg

1-1- Culture en discontinu = culture en batch = culture en milieu non renouvelé


1 1 1 mat riel de culture bior acteur fermenteur l.jpg

1-1-1- Matériel de culture : bioréacteur (fermenteur)


1 1 1 mat riel de culture bior acteur l.jpg

1-1-1- Matériel de culture : bioréacteur

  • 1- entrée d’air muni d’un filtre (ou tuyau d’échantillonnage)

  • 2- enveloppe de refroidissement

  • 3- entrée d’eau de refroidissement

  • 4- moteur pour agitation

  • 5- manomètre (pour vérifier la pression interne)

  • 6- sortie de l’eau de refroidissement

  • 7- pales pour agitation

  • 8 – tuyau de vidange


1 1 1 mat riel de culture bior acteur9 l.jpg

1-1-1- Matériel de culture : bioréacteur


Slide10 l.jpg

Un bioréacteur de laboratoire est une cuve accueillant de 1 à 5 L en général,

Un bioréacteur de production industrielle est un cuve accueillant de quelques centaines de L à plusieurs m3


1 1 2 principe de la culture en batch l.jpg

1-1-2- Principe de la culture en batch

Culture en milieu clos dans une cuve de taille variable

- stérilisée

- remplie d’un milieu de culture stérile

- ensemencée avec le microorganisme voulu

- permettant la croissance du microorganisme jusqu’à épuisement des substances nutritives


1 1 3 caract ristiques du milieu de culture l.jpg

1-1-3- Caractéristiques du milieu de culture

  • Doit apporter au minimum une source d'énergie, de carbone, d'azote, d’ions minéraux .

  • Est souvent riche en glucose, en peptones, en phosphates, en sulfates, en magnésium, en vitamines, et en oligoéléments.

  • Eléments divers pouvant être utilisés en industrie, seuls ou associés (voir cours sur la nutrition):

    • des mélasses, résidus visqueux du raffinage de la betterave ou de la canne à sucre, riches en glucides,

    • des liquides biologiques : du plasma, du lactosérum (protéines)

    • des farines : végétales (maïs riche en amidon ; riz riche en amidon et en protéines ; soja : riche en protéines), de viande (protéines, lipides), de poisson (méthionine, phosphore).


1 1 3 conditions d une bonne culture en bior acteur l.jpg

1-1-3- Conditions d’une bonne culture en bioréacteur

Nécessité

- d’une bonne agitation de la culture

  • d’ une régulation de la température par refroidissement car les réactions métaboliques lors de la croissance sont généralement exothermiques

  • d’ une régulation du pH car les réactions métaboliques microbiennes peuvent acidifier ou alcaliniser le milieu

  • d’une régulation de la pression partielle en O2 par insufflation d’air stérile


1 1 4 avantages et inconv nients de la culture en batch l.jpg

1-1-4- Avantages et inconvénients de la culture en batch

Avantages

  • Pas de perte de microorganismes durant la culture

  • Possibilité de recueil des produits synthétisés à tout moment, y compris durant la phase d e déclin

  • Peu de risques de contamination de la culture

Inconvénients

  • Existence d’une phase de latence impropre à la production

  • Pas de maintien de la phase exponentielle : donc biomasse et produits recueillis en quantités faibles : rendement limité

  • Difficulté de stériliser de grands volumes de milieu

  • Préparation longue


1 2 culture en discontinu culture en milieu renouvel l.jpg

1-2- Culture en discontinu = culture en milieu renouvelé


1 2 1 principe de la culture en milieu renouvel l.jpg

1-2-1- Principe de la culture en milieu renouvelé

Culture du microorganisme en vase non clos de façon à maintenir en permanence en phase exponentielle grâce à

- une addition régulière de milieu neuf stérile pour réapprovisionner en nutriments et maintenir le pH

- un soutirage d’une quantité équivalente de milieu de culture permettant ainsi l’élimination régulière des déchets.


1 2 2 mat riels de culture l.jpg

1-2-2- Matériels de culture

  • Turbidostat

  • Chemostat ou bactogène


1 2 2 1 le turbidostat l.jpg

1-2-2-1- Le turbidostat


1 2 2 1 le turbidostat19 l.jpg

1-2-2-1- Le turbidostat

  • 1- Réservoir de milieu stérile

  • 2 Valve de contrôle du flux de milieu neuf

  • 3- sortie de milieu de culture

  • 4 – cellule photoélectrique reliée à la vanne d’entrée de milieu neuf ce qui permet via un système électronique une autorégulation du débit en fonction de la concentration de la biomasse mesurée en sortie.

  • 5- Source lumineuse

  • 6- Schéma d’un turbidostat.


1 2 2 1 principe de fonctionnement du turbidostat l.jpg

1-2-2- 1- Principe de fonctionnement du turbidostat

  • Un turbidostat est un dispositif de culture en continu. La concentration du milieu de culture est maintenue constante par un contrôle turbidimétrique.

  • Si le trouble tend à trop augmenter il y a une augmentation d’apport de milieu neuf qui dilue et ramène le trouble à sa valeur initiale.

  • Si le trouble tend à trop diminuer il y a diminution d’apport de milieu neuf jusqu’à ce que la croissance ait permis de retrouver la valeur initiale


1 2 2 2 le ch mostat l.jpg

1-2-2-2- Le chémostat


1 2 2 2 le ch mostat22 l.jpg

1-2-2-2- Le chémostat


1 2 2 2 principe de fonctionnement du chemostat l.jpg

1-2-2- 2- Principe de fonctionnement du chemostat

  • Introduction de milieu neuf stérile dans la chambre de culture à la même vitesse que le milieu contenant les micro-organismes est éliminé (c’est le volume de milieu frais qui chasse par trop plein le volume de culture microbienne).

  • Conséquences :

    • stabilité de concentration en substances nutritives limitantes

    • microorganismes soumis à une bonne aération, à une vigoureuse agitation et ayant toujours à leur disposition les éléments nutritifs dont ils ont besoin

  • Multiplication maintenue exponentielle à une vitesse spécifique de croissance rigoureusement contrôlée par l’apport de milieu neuf.


1 2 3 avantages et inconv nients de la culture en continu l.jpg

1-2-3- Avantages et inconvénients de la culture en continu

Avantages

  • Maintien de la phase exponentielle : rendement optimal

  • Stérilisation facile du milieu

  • Récupération des produits au fur et à mesure de leur production

Inconvénients

  • Difficulté du contrôle du système de régulation

  • Difficulté du maintien d’une culture pure

  • Pas de possibilité de fabrication de produits libérés uniquement durant la phase de déclin.


2 caract ristiques des souches utilis es l.jpg

2- Caractéristiques des souches utilisées


2 1 d marche historique l.jpg

2-1- Démarche historique


Slide27 l.jpg

Découverte de la pénicilline

Découverte…

Staphylococcus aureus

Penicillium


Slide28 l.jpg

Découverte de la pénicilline

Staphylococcus aureus

Fleming recherchait des molécules inhibant les contaminants des cultures.

Un jour il ensemence une boîte avec du S. aureus et oublie la boite sur la paillasse.

Quelques jours plus tard, il constate l’apparition d’un champignon (Penicillium notatum). Il remarque une zone d’inhibition autour du Staphylococcus.

Il en déduit que le champignon produit une molécule inhibant (à distance) le Staphylocoque.

Penicillium


Slide29 l.jpg

Penicillium notatum espèce historique de la découverte de la pénicilline produisait de faible quantité de pénicilline.

Une souche de Penicillium chrysogenum fut isolé en 1943 et utilisée à la place car davantage productrice

Cellule procaryote


Slide30 l.jpg

- Recherche de la meilleure souche productrice à partir de constituants naturels (aliments, sols……)

  • Sélection, suite à diverses mutations des clones ayant e meilleur rendement sans perte de leurs qualités

  • Amélioration des souches grâce au progrès de la biologie moléculaire

- Fusion de cellules

- Introduction d’un DNA extérieur (ADN recombinant)


2 2 caract ristiques des souches utilis es en production industrielle l.jpg

2-2- Caractéristiques des souches utilisées en production industrielle


Slide32 l.jpg

Production industrielle nécessite une souche ayant les caractéristiques suivantes :

  • Innocuité (non pathogène)

  • Bonne productivité (fort rendement = capacité à synthétiser des quantités appréciables de produit attendu)

  • Stabilité génétique (ne perdant pas ses caractéristiques après de nombreuses multiplications en bioréacteur et lors de sa conservation)

  • Croissance rapide (de façon à donner très vite beaucoup de produit ou une biomasse importante)

  • Améliorabilité (idéalement la souche doit pouvoir être capable d'évoluer sous la pression de l'industriel, dans le but d'améliorer ou de d'adapter la production)


3 exemples de cultures et productions industrielles l.jpg

3- Exemples de cultures et productions industrielles


3 1 int r t des cultures industrielles l.jpg

3-1- Intérêt des cultures industrielles


Int r t dans le domaine l.jpg

Intérêt dans le domaine

  • agroalimentaire

  • industriel autre


3 1 1 cultures industrielles en agroalimentaire l.jpg

3-1-1- Cultures industrielles en agroalimentaire

  • Obtention de levains servant à la fabrication d’aliments

  • Obtention de levains servant d’aliments

  • Obtention de molécules participant à la fabrication d’aliments


3 1 1 1 obtention de levains servant la fabrication d aliments l.jpg

3-1-1- 1- Obtention de levains servant à la fabrication d’aliments

  • Saccharomyces cerevisiae pour la panification et l’oenologie

  • Saccharomyces cerevisiae et carlbergensis pour la fabrication de la bière

  • Lactobacillus pour les produits laitiers (yaourts…) carnés (saucissons) ou végétaux (choucroute….)

  • Bacillus natto pour le natto

  • Penicillium roquefortii, Penicillium camembertii… pour la fromagerie

  • Aspergillus flavus pour certains produits asiatiques (saké)


Slide38 l.jpg

Cas du vin : Levures oenologiques

- Présence naturelle sur la peau des raisins avec des espèces variant selon l’environnement et les cépages

- Peuvent également être ajoutées au moût

Saccharomyces : S. ellipsoideus, S. oviformis, S. cerevisiae

Torulospora rosei

Kloeckera apiculata

- Evolution de la flore au cours de la vinification :

S. ellipsoideus et S. oviformis sont les espèces

les plus alcoologènes


Slide39 l.jpg

Principale réaction de fermentation :

Fructose et glucose éthanol + CO2

100 à 250 g/L 60 à 170 g/L

(6 à 17%)

Réactions additionnelles donnent

des produits composants essentiels du « bouquet » du vin

- Sucres, acides organiques dont acide malique

glycérol, acides organiques (lactique, succinique), autres alcools, aldéhydes

Puis combinaison de ces produits esters

Cellule procaryote


Slide40 l.jpg

Intérêt de la fermentation malolactique : réduire l’acidité du vin

Acide malique acide lactique

2 à 5g/L < 1g/L

COOH-CHOH-CH2-COOH COOH-CHOH-CH3

Réaction assurée par des bactéries après la fermentation alcoolique:

- Lactobacillus

- Leuconostoc


Cas du cidre l.jpg

Cas du cidre

- Jus de pomme cidre

- Mêmes types de réactions que pour le vin

- Degré d’alcool plus faible : 2 à 5%

- Principaux micro-organismes

  • fermentation alcoolique

    • Kloeckera de diverses espèces

    • Saccharomyces uvarum et S. ellipsoideus

  • fermentation malolactique

    • Lactobacillus de diverses espèces


  • Cas de la bi re l.jpg

    Cas de la bière

    - Grain d’orge germés bière

    - Aromatisation par le houblon

    - 2 différences avec le vin et le cidre

    • amidon (sucre complexe) au lieu de sucres simples dans la matière première

    • 2 étapes

      • hydrolyse enzymatique de l’amidon jus sucré : le brassage

      • fermentation alcoolique du jus sucré

      • Ajout nécessaire des micro-organismes après le brassage

      • Saccharomyces cerevisiae : levure de bière

      • Saccharomyces carlsbergensis

        - Production très importante de CO2 : mousse abondante

  • Processus comparable pour l’obtention du saké : alcool de riz


  • Cas du pain l.jpg

    Cas du pain

    • Fermentation alcoolique également

    • Levain ajouté à la pâte pendant le pétrissage :

      - Saccharomyces cerevisiae

      • d’autres levures ou des bactéries peuvent être ajoutées (pains spéciaux)

    • Amidon sucres simples alcool + CO2

    • Levée de la pâte grâce au CO2

    • Modification également du gluten et ainsi de latexture de la pâte

    • Cuisson :

      • l’alcool s’évapore

      • les bulles de CO2 persistent


    Cas du yaourt l.jpg

    Cas du yaourt

    Les réactions chimiques : la fermentation homolactique lactique

    • Lactose du lait acide lactique

    • Aliment « sucré » aliment acide

    • De plus modification des protéines (caséine) par les mêmes microorganismes

    • Aliment liquide aliment solide


    Cas des fromages l.jpg

    Cas des fromages

    Transformations complexes du lait de vache, de chèvre, de brebis par les micro-organismes


    Slide47 l.jpg

    Les 3 étapes de la fabrication des fromages

    • Production du caillé

      • Fermentation lactique par les bactéries lactiques(cf yaourts)

        + présure d’origine animale ou fungique

        Le lait coagule à pH < 4,6 : caséine gel + liquide (lactosérum = petit lait)

    • Egouttage du caillé

      - Lent : fromages frais (ex: fr.blanc)

      fromages à pâte molle (ex: camembert, Munster, roquefort)

      - Accéléré par pression pâtes pressées (ex: St Nectaire) ; fr à pâte ferme (ex: Cantal)

      - Accéléré par pression + cuisson pâtes fermes cuites (ex: gruyère, Comté)

    • Salage et affinage (durée 1 à 8 mois)

      • Ajout d’une flore spécifique à chaque fromage. Développement de la flore.

        - Transformations microbiennes : Protéolyse, lipolyse, métabolisme des

        acides aminés, des composés soufrés…production d’arômes, de gaz,

        d’aldéhydes, d’alcools, d’ammoniac, diminution de l’acidité…


    Slide48 l.jpg

    Exemples de micro-organismes participant à la formation des fromages

    1- Des bactéries

    Bactéries lactiques : groupe prédominant: Streptococcus, Lactobacillus

    Leuconostoc, Lactococcus

    Propionibacterium (gruyères beaucoup de gaz)

    2- Des levures

    Saccharomyces lactis

    3- Des moisissures

    Penicillium : brie, camembert

    roquefort, bleus…

    Geotrichum : camembert


    Cas des produits v g taux l.jpg

    Cas des produits végétaux

    Fabrication de choucroute

    • + NaCl 2 à 3% pour freiner le développement des Gram –

    • Fermentation lactique du chou par Leuconostoc et Lactobacillus (flore naturelle du chou)

    • pH<2

      Fabrication d’olives, pickles (concombres, cornichons)

    • Augmentation progressive du salage jusqu’à 16% (saumure)

    • Fermentation lactique par Lactobacillus plantarum principalement

      Fabrication de sauce soja

    • Fermentation d’un mélange salé de graines de soja et de blé par Aspergillus oryzae


    Fabrication de la choucroute l.jpg

    Fabrication de la choucroute

    Choucroute après le processus de fermentation

    Incision dans la fabrique

    Contrôle qualité après le conditionnement


    Cas des produits v g taux suite l.jpg

    Cas des produits végétaux (suite)

    Fabrication de vinaigre

    Fermentation acétique par

    Jus de raisin vin vinaigre

    Sucres éthanol acide acétique

    Bactéries responsablers Acetobacter, Gluconobacter

    Fabrication de divers végétaux fermentés

    • Thé noir (feuilles fermentées), café (grains), cacao (fèves), manioc, igname, maïs, soja


    Cas des produits animaux l.jpg

    Cas des produits animaux

    Fabrication de saucissons, jambons fumés

    Fermentation lactique par Pediococcus cerevisiae ; Lactobacillus plantarum

    Fabrication de préparations asiatiques de poisson

    Fermentations lactiques ou fermentations complexes par bactéries et moisissures


    Conclusion int r t des fermentations lors de la fabrication d un aliment l.jpg

    Conclusion : intérêt des fermentations lors de la fabrication d’un aliment

    Fermentation lactique : acidification du milieu empêchant ainsi la multiplication d’autres microorganismes (conservateur).

    Autres fermentations : responsables des arômes et des goûts propres à chaque aliment


    3 1 1 2 obtention de levains servant d aliments l.jpg

    3-1-1- 2- Obtention de levains servant d’aliments

    • Levures


    3 1 1 3 obtention de mol cules utiles la fabrication d aliments quelques exemples l.jpg

    3-1-1- 3- Obtention de molécules utiles à la fabrication d’aliments : quelques exemples

    Production

    - d’acides organiques

    * acide citrique (conservateur)

    * acide lactique (conservateur) abondamment utilisé en industrie alimentaire (laitière notamment) produit par Lactobacillus delbrueckii à partir de lactosérum (plusieurs dizaines de milliers de tonnes par an)

    * acide glutamine (exhausteur de goût)

    - d’enzymes (ex : chymosine (présure), amylases, invertase, pectinase…) par des moisissures ou des bactéries

    - de dextrane, xanthane ou alginate, utilisés comme gélifiants alimentaires produits à partir de Leuconostoc, Xanthomonas par exemple cultivés sur amidons.


    3 1 2 cultures industrielles utiles pour un domaine autre qu agroalimentaire l.jpg

    3-1-2- Cultures industrielles utiles pour un domaine autre qu’agroalimentaire

    Production

    • de bioéthanol par des levures (Saccharomyces et / ou des bactéries) à partir de mélasses de canne ou de betterave à sucre ou de lactosérum utilisé dans l’industrie chimique ou pour les voitures

    • de lipides utiles dans le domaine de la cosmétologie


    3 1 2 cultures industrielles utiles pour un domaine autre qu agroalimentaire57 l.jpg

    3-1-2- Cultures industrielles utiles pour un domaine autre qu’agroalimentaire

    • Production

      • de protéines d’importance médicale (hormones, anticorps, molécules antitumorales, enzymes…)

      • d’antibiotiques

        • Soit par des moisissures (pénicilline par Penicillium, céphalosporines par Cephalosporium)

        • Soit par des bactéries (streptomycine par Streptomyces…..)

      • de molécules immunosuppressives


    3 2 origine des mol cules produites l.jpg

    3-2- Origine des molécules produites


    Mol cules produites pouvant tre l.jpg

    Molécules produites pouvant être

    • Des métabolites primaires

    • Des métabolites secondaires

    • Des métabolites issus d’une bioconversion


    3 2 1 mol cules produites m tabolites primaires l.jpg

    3-2-1- Molécules produites : métabolites primaires

    • Définition : molécules fabriquées par le microorganisme pour ses besoins nutritifs et la croissance cellulaire.

    • Moment du recueil : période de production = de la phase exponentielle de croissance.

    • Exemples :

      • enzymes, acides aminés…

      • Alcools, acides organiques….


    3 2 2 mol cules produites m tabolites secondaires l.jpg

    3-2-2- Molécules produites : métabolites secondaires

    • Définition : molécules fabriquées après la phase de multiplication active, sans doute suite à un stress microbien lors de la phase stationnaire.

    • Moment du recueil : fin de la croissance : phases exponentielle et de déclin.

    • Exemples : antibiotiques, protéines….


    3 2 3 mol cules issus d une bioconversion d un substrat l.jpg

    3-2-3- Molécules issus d’une bioconversion d’un substrat

    • Définition d’une bioconversion : transformation spécifique mineure d’un composé mis dans le milieu de culture , non utilisé normalement par le microorganisme

    • Exemples : hydroxylation de progestérone par diverses moisissures


  • Login