[PDF] Chapitre IV : La production dacide citrique

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Semestre 04 : 2021/2022

2eme Année biologie tronc commun

UE :

Matière : Biotechnologie et applications

Chapitre IIV :

La production

citrique

Réalisé par : Dr. CHERIET D.

Maître de conférences

Faculté des Sciences de la Nature et de la Vie

Université Batna 2, Algérie

Chapitre IV : La production

3

INTRODUCTION

gens

depuis son isolement, à partir du citron, par Scheele en 1784. En effet, il est présent dans une

multitude de produits aussi utiles et variés les uns que les autres. Nous devons cet intérêt à ses

propriétés qui font de lui un acide unique en son genre. Il occupe actuellement la première place dans le marché mondial des acides organiques.

La découverte de la sécrétion de ce produit par certains micro-organismes a été le point de

départ de recherches accrues visant une meilleure exploitation de cette nouvelle source en vue de satisfaire une demande de plus en plus grandissante. La principale source industrielle de cet acide est la fermentation. En fait, 99% de la production mondiale se fait par voie microbiologique, le reste est extrait des agrumes. Depuis de micro- Les plus importants sont les bactéries et les champignons filamenteux ; Le plus étudié des champignons est sans aucun doute Aspergillus niger, cultivé sur un milieu à base de glucose,

Aspergillus niger

améliorées génétiquement qui sont employée

leur constance génétique, leurs rendements élevés et leur absence de métabolites indésirables.

Cette amélioration se fait par mutation ou par hybridation. 1- : Le citrate ou acide citrique est une molécule biologique de formule C6H8O7 est très diffus dans la nature. Il est incolore, inodore, d'une saveur excessivement aigre. Il intervient dans le métabolisme de nombreux animaux et plantes. 2- :

Le résidu acétate à deux carbones de l'acétyl CoA se condense d'abord avec l'acide

oxaloacétique à quatre carbones pour former l'acide citrique à six carbones.

Le cycle de l'acide citrique =

¾ le cycle de KREBS

¾ cycle de l'acide tricarboxylique

3- : En termes t le plus important produit commercial à partir des champignons. La production mondiale dépasse 90.000 tonnes/an à partir du champignon

Aspergillus niger .

Chapitre IV : La production

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¾ Fermentation solide (fermentation Koji) :

Ce procédé est relativement simple consiste à cultivé une souche de A.niger sur des résidus

(exp résidu de la pomme de terre). ¾ La température dans la masse ne doit pas dépassé 28 0C.

¾ Le pH chute à 1.8-citrique.

¾ Apres 5 à

4- Choix de substrat

Le choix du substrat doit répondre aux certains critères pour avoir un bon rendement pour une moindre dépense:

1. Présence de substrat riche en sucre fermentescible (amylacée)

2. une faible teneur en trace toxique pour le microorganisme.

3. Substrat doit être moins cher.

4. Facilité de traitement et de manipulation.

5- Choix de microorganismes :

Aspergillus niger représente le microorganisme de choix à l'échelle industrielle pour:

¾ Son insensible aux traces métalliques;

¾ Sa facilité de culture

¾ Sa stabilité génétique

¾ Ses rendements élevés

¾ Sa capacité d'utilisation de matériel à bon marché et l'absence de métabolites indésirables.

6- :

Industrie alimentaire

¾ Il est utilisé comme additif (boisson, confiture, etc...). Dans les boissons, il est utilisé

en général comme rafraîchissante ou effervescente ¾ Dans la fabrication des bonbons, dans la conservation des fruits, de poisson, des glaces, des friandises en général, les sauces, les jus et sirops de fruit

¾ Il peut être utilisé comme agent nettoyant de l'acier inoxydable en raison de son

pouvoir séquestrant.( figure 01).

Industrie pharmaceutique

du calcium et en régulant la taille des cristaux de calcium dans les os

¾ Il est utilisé comme composant de

Beaucoup de levure de Saccharomyces et de moisissures peuvent produire citrique, la quasi-totalité à une sensibilité aux ions métalliques et un rendement très faible.

Chapitre IV : La production

5 ¾ es sels empêchent une coagulation sanguine du sang conservé

Figure 01

7- Synthèse De lacide Citrique

La synthèse de l̓acide citrique peut être divisée en trois grandes étapes du point de vue

biochimique et métabolique (figure 02).

Figure 02 : biochimique et métabolique.

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7-1 Dégradation des sucres

Trois voies principales de dégradation des sucres sont possibles pour obtenir l̓acide

pyruvique : la glycolyse, la voie de pentoses et la voie -Doudoroff. La glycolyse encore appelée voie d̓Emben-Meyeroff-Parnas permet la dégradation du glucose avec production d̓adénosine triphosphate ATP et de pyruvate.

Ce dernier sera utilisé dans la chaine de synthèse de lacide citrique. Glucose passe par la voie

de pentoses. Ce métabolisme tient au fait que le mécanisme permet d̓obtenir des précurseurs pour la synthèse d̓acides aminés aromatiques et de vitamines. La voie de Entner-Doudoroff permet d̓obtenir l̓acide gluconique, un des principaux métabolites annexes produits lors de la fermentation.

7-2 Chainière centrale

La chainière centrale est le siège de la décarboxylation/oxydation du pyruvate et de sa

carboxylation. A partir d̓une molécule de glucose sont formées deux molécules de

pyruvate. Le premier est décarboxylée afin de produire de l̓acétyl-CoA et la seconde est

carboxylée en d̓oxaloacétate. Ainsi l̓acétyl-CoA et l̓oxaloacétate interviennent dans le

cycle de Krebs.

7-3 Cycle de Krebs

Aussi appelé cycle du citrate ou cycle de l̓acide citrique, le cycle de Krebs comporte huit

réactions décrites par Hangs Krebs en 1940, montrant quil s̓agit d̓un cycle se déroulant

dans le cytosol. Il est constitué de deux grandes étapes enzymatiques à savoir la réaction

doxydation de l̓acéthyl-coA et la réaction de régénération de l̓oxaloacétate.

8- Microorganisme producteur dacide citrique

Dans l̓histoire de la fermentation de l̓acide citrique, un grand nombre de

microorganismes (bactéries, champignons et levures) ont été rapportées. Ce sont : Penicillium

luteum, Penicillium purpurogenum, Penicillium restrictum, Penicillium janthinellum, Penicillium citrinum, Mucor piriformis, Trichoderma viride et Sacharomycopsis lipolytica .

Avec les progrès de la biotechnologie, de nouvelles souches génétiquement modifiées et

lamélioration de souches existantes par mutagenèse et par sélection de souches sont utilisées

pour des productions industrielles. Cependant, l̓utilisation effective de ces nouvelles souches présente des insuffisances. Il existe plusieurs contraintes dans la production de acide citrique. Le Tableau 01 présente quelques microorganismes producteurs dacide citrique.

Chapitre IV : La production

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Tableau 01:citrique

8-1 Genre Aspergillus

Les champignons du genre Aspergillus ont été décrits pour la première fois en 1729. Ce sont

-à-dire, qui tirent leur nourriture de substances organiques en décomposition. Ce sont des moisissures à filaments hyalins, cloisonnés, et ils sont haploïdes.

Le genre Aspergillus comprend aujourd

pathologie humaine. Ces champignons ont un métabolisme aérobie. De plus, ils participent au recyclage du carbone espèces peuvent survivre à des températures proches de 70°C) et ne requièrent pas de nutriments spécifiques. Aspergillus sont sous la forme de champignons filamenteux septes stress, des structures spécialisées se développent à partir du mycélium.

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8 Les Aspergillus présentent une croissance rapide sur les milieux de culture classiques (gélose filaments prendre leur teinte caractéristique, brune, verte, jaune ou noire selon les espèces (figure 03). La majorité des Aspergillus poussent entre 22 et 25°C mais les espèces thermophiles (A. fumigatus) se Les Aspergillus forment des colonies souvent poudreuses ou granuleuses. La couleur des -vert pour A.

fumigatus, vert-jaune pour A. flavus et les espèces du groupe A. glaucus, vert foncé à

chamois pour A. nidulans, brun cannelle pour A. terreus, chamois clair, jaune et rose pour A. versicolor, jaune puis noir pour A. niger et blanc pour A. candidus.

Chapitre IV : La production

9 Figure 03 : Photographie de quelques Aspergillus : (1)-Aspergillus fumigatus (800), (2)- Aspergilus flavus (x1600), (3)- Aspergillus niger (x400) (4)-Aspergillus versicolor (x 4000) (5)- Aspergillus nidulans (x 4000) (6)-Emercicella nidulans (x 4000).

Chapitre IV : La production

10 9- B préparation de plus utilisées, à savoir la fermentation submergée ou fermentation en milieu liquide (FML) et la fermentation en milieu solide (FMS). Chacune des deux techniques présentes des avantages et des inconvénients ; cependant la fermentation la plus utilisée est la fermentation en milieu liquide (FML).

9- 1 Fermentation en milieu liquide (FML)

r fermentation par la FML.

En effet, cette technique et de

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