Livre Fermentation.indb
le procédé fed-batch ou fermentation discontinue alimentée ;. - le procédé de culture continue. 1.3.1. Procédé discontinu (batch). 1.3.1.1. Principe.
Chapitre: Aspects technologiques
2.2.1- Fermentation discontinu (batch). Après avoir rempli le fermenteur de milieu de culture et l'avoir stérilisé (ou bien après avoir.
Milieux de culture et fermentation industrielle
29?/04?/2020 ?Le glucose est additionné au début de la fermentation pendant la phase de ... Fermentation en culture discontinue batch ou non renouvelé.
GENIE FERMENTAIRE
26?/08?/2015 II.2 Fermentation discontinue (batch). II.2.1 Définition. On remplit le bioréacteur de milieu de culture favorable à la croissance et on le ...
modèle de mémoire
Figure I-5 Fermenteur discontinue (batch) . mathématique d'un procédé de fermentation de la bactérie Escherichia coli (EC) sera détaillée.
Chapitre : Fermentations industrielles
-Il n'y a pas de production de mousses lors des fermentations solides Fermentation discontinue des micro-organismes
Annexe au chapitre 2 Annexe au chapitre 2 : les fermentations
Dans les systèmes de fermentation en phase liquide trois procédés peuvent être utilisés : « BATCH ». « FED-BATCH ». CULTURE CONTINUE.
Distillation discontinue par batch deaux-de-vie de fruits : étude du
La diversité des composés volatils et les différences de concentration sont principalement dues à la matière première à la méthode de fermentation et au
Chapitre II : Les procédés Biotechnologiques. 1. La Fermentation :
La fermentation Industrielle : désigne l'ensemble des métabolites aérobies Fermentation Discontinue (Batch). ? Fermentation Semi-Continue (Fed-Batch)
Ce document est le fruit dun long travail approuvé par le jury de
22: Fermentation Fl5. 3 impulsions d'extrait de levure en mode discontinu. Bacillus coagulans a été étudié en mode batch à SSOC avec des perfomiances.
1 Introduction to Fed-Batch Cultures - Cambridge
Batch and semi-batch processes are used to handle usually low-volume high-value products such as fermentation products including amino acidsand antibiotics recombinant DNA products and specialty chemicals Owing to highvalues of these products pro?tability can be improved greatly even with marginalimprovements in yield and productivity
Continuous and batch fermentation processes: Advantages and
Jan 25 2001 · A fed-batch process is intermediate between a batch process and a continuous process Fed-batch fermenters which enable inflow of fresh nutrients with continuous or periodic withdrawal of broth can overcome the major limitations of batch processes without the disadvantages of continuous processes
Is batch fermentation better than continuous fermentation?
Of these, 51 were batch and 11 continuous. Findings indicate that the batch fermentation process with yeast recycle is superior for the following main reasons. The process parameters are more easier to measure and invariably control and manage.
What is a continuous fermentation process?
... In a continuous fermentation process, the medium is fed into the bioreactor reactor continuously, but is also continuously removed. In Brazil, 83% of distilleries that produce first generation bioethanol rely on fed-batch processes, while continuous processes account for only 17% (Godoy et al., 2008). ...
How many bioreactors are needed for batch fermentation?
The kinetic constants ( Ks, Kp, ?max) of batch fermentation were 2,0 kg.m -3, 97,9 kg.m -3, 0,476 h -1 respectively. Output per a batch is 3 623 kg and a single fermenter can produce 514 batches per year. From it follows that the year vintage is close to the actual 1 862 222 kg. Therefore, the number of 70 m 3 fermenters required 4 bioreactor.
What is the operating volume of a fermenter?
A large, appropriate – sized fermenter is supposed 70 m 3. The operating volume is 52,5 m 3. Batch fermentation was perform with 200 g/l glucose concentration. Fermentation time, is 11,4 hours with ethanol stripping 69,1 g.l -1 and 12 hours 75,9 g.l -1 without stripping. Computing is stopped when glucose alteration obtain 97 percent.
Cours de microbiologie et génie fermentaire BTS Biotechnologies Génie fermentaire Lycée J.Monod 26/08/2015 1 GENIE FERMENTAIRE
Ne pas confondre fermentation et fermentation !
Ne pas confondre fermenteur et fermenteur !!
En anglais on parle de " Bioreactor » et " fermentor » Expliquer ces ambiguïtés. Définir correctement chaque terme A B Sketch of apparatus used to perform measurements of kLa. (1 mass flowmeter; 2 pressure gauge; 3 motor; 4 Bioflo III signal processor; 5 condenser; 6 impeller; 7 air sparger; 8 dissolved O2 electrode; 9 signal converter; 10 chart recorder; 11 exhaust gas drying column; 12 CO2 analyser;13 O2 analyser).
Some internal structures of the reactor. 1. Impeller; 2. Agitating shaft; 3. Air sparger; 4. Cooling coil; 5.Sampling pipe.
C DDocument 1 : Exemples de bioréacteur
Cours de microbiologie et génie fermentaire BTS Biotechnologies Génie fermentaire Lycée J.Monod 26/08/2015 2 I. INGENIERIE DE LA FERMENTATION OU MICROBIOLOGICAL INGEENIRING I.1 Les différents éléments d'un bioréacteurI.1.1 La cuve
Les cuves sont en verre jusqu'à 20 L, en acier inoxydable au-delà. Leur fond est généralement rond. Les
cuves doivent résister: aux sollicitations thermiques, lors de la stérilisation, aux vibrations, résultant de l'agitation, aux surpressions de gaz, lors de la stérilisation et de la vidange,à la corrosion.
Les cuves doivent être étanches aux contaminations extérieures, et supporter les additions d'acides, de
bases, d'anti-mousses.Le volume utile (volume de milieu) est généralement = ¾ du volume de la cuve, pour tenir compte de
l'augmentation de volume due à l'injection d'air et à la formation de mousse. Sur la figure D du document 1, indiquer le volume maximal de remplissageI.1.2 Le système d'aération
Le bioréacteur doit posséder un système d'injection d'air qui doit être dispersé dans l'ensemble du milieu.
L'arrivée d'air a lieu sous le mobile d'agitation. L'air doit être : comprimé (compresseur),stérile donc filtré (cad dépourvu de particules). On utilise un filtre hydrophobe qui conserve ses
propriétés stérilisantes à l'humidité atmosphérique. Ne pas autoclaver n'y faire entrer de l'air
humide car risque d'occlusion sec (pour ne pas mouiller le filtre), déshuilémétallique perforé (sparger linéaire), un plateau d'aération ou disque de porcelaine poreux qui disperse
bien le gaz.IH GRŃXPHQP 1 SUpVHQPH 2 GLIIpUHQPV V\VPqPHV G·MpUMPLRQ : les colorier en rouge sur les documents et annoter
l'ensemble du système d'aération des figures du document 1.I.1.3 Le système d'agitation
L'agitation est l'opération qui crée ou accélère le contact entre 2 ou plusieurs phases. permettre de mettre en contact les différ zones stagnantes. Définir le terme " polyphasique » et justifier son emploi dans le cas d'un bioréacteur Annoter complètement la figure D à l'aide des indications données figures A, B et C Cours de microbiologie et génie fermentaire BTS Biotechnologies Génie fermentaire Lycée J.Monod 26/08/2015 3 a) agitation par air:L'agitation peut être due à la seule injection de gaz d'oxygénation comprimé, qui crée au sein de la
suspension microbienne, une turbulence variable selon le débit, la pression et le mode d'introduction.
b) agitation mécanique:Il existe un type de bioréacteur équipé d'un mécanisme d'agitation par vibration (vibro-bioréacteur).
La plupart des bioréacteurs sont équipés d'un agitateur rotatif. L'agitation est provoquée par le mobile
d'agitation, entraîné dans un mouvement de rotation par un arbre, lui-même relié à une source d'énergie
mécanique. Ce système d'agitation comporte différents organes:L'arbre d'agitation massif ou creux, sur lequel est fixé le mobile (turbine ou hélice) à entraîner,
: il en existe différents modèles présentés document 2. Chaque modèle produit une agitation différente. Flat blade disk turbine:rushton type 45° Flat blade disk turbineMarine propeller 3 segment blade impeller
Document 2 : Exemples de systèmes
Un système d'étanchéité, à l'endroit où l'arbre traverse la paroi du bioréacteur
Un système de guidage de l'arbre
Un système d'assemblage de l'arbre au moteur (situé au sommet ou à la base du bioréacteur)
qui va l'entraîner. Cours de microbiologie et génie fermentaire BTS Biotechnologies Génie fermentaire Lycée J.Monod 26/08/2015 4L'agitation peut être renforcée par des contre-pales. Elles sont destinées à limiter l'effet vortex dû aux
pales, en augmentant la turbulence du milieu dont la surface reste horizontale malgré l'agitation.
L'agitation mécanique, en plus de réaliser les opérations de mélange et de mise en suspension, améliore
l'émulsion et donc l'aération en divisant les bulles de gaz introduit et en les faisant circuler dans le
bioréacteur. Traduire les différentes indications portées en document 1 I.1.4 Les systèmes de mesure des variables physico-chimiques ces variations. Un bon capteur doit être: fidèle, rapide, juste, fiable, précis et robuste. a) les capteurs de mesures physiquesIls sont tous utilisés in situ.
Définir "in situ"température: les capteurs les plus utilisés sont les thermomètres à résistance en platine
vitesse d'agitation: Actuellement, les capteurs les plus fiables fonctionnent par comptaged'impulsions grâce à la présence d'un repère sur l'arbre (comptage du nombre de tours par minute).
pression: C'est la pression de couverture qu'il s'agit de mesurer, c'est-à-dire la pression que l'on
maintient dans le bioréacteur, au-dessus du liquide en fermentation. On utilise des membranes à
jauge de contraintes: fines membranes renfermant des éléments dont la résistance varie avec la
déformation. Ces capteurs se prêtent bien aux conditions d'asepsie requises en fermentation.débit: On effectue généralement la mesure de débits gazeux, indispensables lorsqu'on veut
effectuer la détermination du "KL.a" par la méthode des bilans gazeux. Les débits de gaz peuvent
être évalués par débimètre à flotteur par exemple. niveaux: La mesure du niveau peut remplacer celle du volume. Elle intervient lors du remplissage et de la vidange du bioréacteur, mais aussi pour évaluer la formation de mousse. On utilise: - Des sondes résistives: elles donnent une indication par tout ou rien - Des sondes capacitives: elles fournissent un signal en continu Formation de mousse : sonde à résistance électrique. b) les capteurs de mesures physico-chimiques pH: La mesure du pH en fermentation est couramment pratiquée à l'aide de sondes: électrodes combinées (mesure référence) en verre, pressurisables et stérilisables.oxygène dissous: C'est un paramètre très important dans tous les processus microbiologiques
aérobies. Il permet d'évaluer les capacités de transfert d'O2 du bioréacteur, et de fournir à la culture
la quantité d'O2 dont elle a besoin grâce à une boucle de régulation. Cours de microbiologie et génie fermentaire BTS Biotechnologies Génie fermentaire Lycée J.Monod 26/08/2015 5substrats et métabolites: La mesure de ces paramètres permet de suivre avec précision le
déroulement de la fermentation: évolution de la concentration en substrat par exemple. On a recourt
- Des dosages chimiques effectués sur des prélèvements périodiques (méthode astreignante +
risque de contamination au point de prélèvement)- Des déterminations automatiques et en continu: colorimétrie, CPG, HPLC, spectrophotométrie
de masse Définir " analyse en ligne » et " analyse hors ligne ». Donner un exemple dans chaque cas.I.2 Les systèmes de régulation
La régulation permet de maintenir, pour un paramètre donné, un écart minimal et si possible nul, entre sa
valeur mesurée (à l'aide d'un capteur) et celle que l'on veut qu'il prenne, appelée consigne.
I.2.1 Principe de la boucle de régulation
Le document 3 présente une boucle de régulation. Expliquez en le principe.I.2.2 Les différents types d'actionneurs
Le type d'actionneur contrôlé par le régulateur est fonction du paramètre à réguler. Ce peut être:
Une vanne pour commander l'admission et / ou régler le débit d'un fluide dans une canalisation.
Une pompe pour l'addition de réactifs et de milieu de culture en cours de fermentation, notamment pour les petites installations permettant l'emploi des pompes péristaltiques.Un moteur à vitesse variable.
Proposer un exemple de paramètre contrôlé dans chaque casI.2.3 La régulation du pH
La régulation du pH en cours de fermentation est indispensable, car les organismes en croissance
produisent des déchets qui modifient le pH du milieu de culture. Dans la plupart des cas, il s'agit de
processus acidogènes: la régulation du pH est obtenue par addition d'une base, sous forme liquide ou
gazeuse (NH3). Un exemple de régulateur est présenté document 4. Quels boutons doit-on actionner pour régler la valeur de pH consigne. (Répondre par lettres)Si le bouton D est positionné sur 20, le bouton E sur 50%, le bouton F sur 40%, et la consigne à pH 7,
pendant combien de temps le régulateur verse de la soude si le pH tombe brusquement à 6, quels sont alors les
temps de pause entre 2 ajouts ? Même question quand le pH est remonté à 6,9. Cours de microbiologie et génie fermentaire BTS Biotechnologies Génie fermentaire Lycée J.Monod 26/08/2015 6Document 4 : Réglage de la consigne pH
I.2.4 La régulation de la [O2]
La régulation de la [O2dissous] est complexe du fait des nombreux paramètres susceptibles de la faire varier:
vitesse de l'agitateur, débit de gaz d'oxygénation, composition de ce gaz et pression de couverture
De plus, des facteurs comme la T°, le pH, les substances antimousses jouent un rôle indirect sur la
Le contrôle de la [O2] se fait en cascade, compte tenu des paramètres mesurés. Cette boucle de contrôle
en cascade est hiérarchisée:1. augmentation de la vitesse d'agitation: jusqu'au max tolérable
2. augmentation du débit d'air:
3. modification de la composition du gaz de couverture: Ê de %O2 dans l'air
Quels problèmes peut-on rencontrer pour les points 1 et 2I.2.5 La régulation de la température
Les bioréacteurs peuvent être équipés soit : d'une double paroi dans laquelle on peut faire circuler de l'eau ou de l'air à la température souhaitéed'une couverture chauffante enroulée autours du bioréacteur + gants de refroidissement
dans le bioréacteur avec circulation d'eau froide.I.2.6 La régulation de la formation de mousse
La formation de mousse est un problème récurrent des fermentations, d'autant que certaines fermentations
s'accompagnent d'une forte formation de mousse. Elle se forme lors de l'agitation et de l'aération des
Cours de microbiologie et génie fermentaire BTS Biotechnologies Génie fermentaire Lycée J.Monod 26/08/2015 7suspensions. Elle entraîne une surpression qui peut occasionner des fuites de milieu à l'extérieur du
bioréacteur et une obturation des filtres qui se mouillent à son contact et se colmatent Les antimousses : ce sont des substances chimiques qui doivent avoir un pouvoir inhibiteur minimalou nul sur le microorganisme en culture (non toxique), être efficaces en faible quantité, stérilisables.
dans la mousse.Les principaux produits sont à base de silicone, de copolymères d'oxyde de propylène et
d'éthylène, d'esters organiques à longues chaînes, des détergents, des alcools à longue chaîne
carbonée ou encore des huiles naturelles animales ou végétales.I léger pouvoir inhibiteur, diminuent les capacités de transfert d'O2, empoisonnent les membranes (interfaces d'échanges
gaz ² liquide des sondes, enveloppes des cellules provoquant une perturbation des échanges cellulaires), provoquent une
augmentation de la taille des bulles de gaz Ö ils sont responsables d'une baisse de productivité en général.Les "démoussants" ou brise-mousse, permettent de détruire mécaniquement la mousse au fur et à
mesure de sa formation: un mobile spécial peut être installé sur l'arbre d'agitation au dessus du
niveau du milieu de culture pour casser la mousse lorsqu'elle a atteint la hauteur maximale
tolérable.On trouve aussi des appareils s'installant à la partie supérieure du bioréacteur, composés
d'assiettes coniques qui brisent la mousse par action de la force centrifuge. Sur quel document déjà présentée peut-on voir un brise mousse ?Document 5
Cours de microbiologie et génie fermentaire BTS Biotechnologies Génie fermentaire Lycée J.Monod 26/08/2015 8I.3 Le transfert d'O2 en fermentation
4XHO HVP OH U{OH SULQŃLSMO GH O·22 dans le métabolisme bactérien ?I.3.1 Définitions
2 est souvent le facteur :
[O2]max 2Le besoin en O2 des cultures microbiennes est inégalement réparti dans le temps tout au long du
déroulement de la fermentation. On le définit par QO2 2 consommé en volume,en poids ou en moles, par unité de temps et par unité de biomasse microbienne. Il peut avoisiner par
exemple 30 10-12 2/Cellule/h.Le QO2
son état physiologique. consommation en O2 dans un réacteur pendant la croissance Sur le document 6 repérer les différentes phases de croissance.Document 6 2 et croissance
(Les valeurs précisées en ordonnée sont celles correspondant à lnX avec X en g/L)La demande en O2 : se calcule par :
rO2 .= X . QO2X est O2
Préciser comment évolue la consommation en O2 et la demande en O2 pendant les différentes phases de la
croissance.4XHO HVP O·LQPpUrP GH GpPHUPLQHU la demande en O2 ?
Déterminer la productivité volumique globale et maximale en biomasse (g biomasse par litre et par heure) de la
fermentation présentée document 6Cette demande en O2 de la culture microbienne doit être satisfaite par le transfert de la phase gazeuse
Cours de microbiologie et génie fermentaire BTS Biotechnologies Génie fermentaire Lycée J.Monod 26/08/2015 9 22 de la bulle gazeuse vers les
sites de son utilisation dans les cellules, comporte plusieurs étapes reportées dans le document 7. Préciser quelles sont ces étapes.Document 7
(Tsao et Lee, 1977. academic Press N.Y.)La capacité à transférer de l'O2 dans un milieu de culture en bioréacteur dépend d'un grand nombre de
paramètres de fonctionnement, notamment le débit d'aération, la géométrie du réacteur, la structure du
système d'agitation (et sa vitesse de rotation), la température et la nature du milieu de culture...
La capacité à transférer de l'O2 dans un milieu de culture en bioréacteur (en quantité d'O2 de par unité de
volume et par unité de temps) va souvent se comporter en point critique limitant pour un process aérobie.
On suppose un bioréacteur alimenté par un apport de bulles d'un gaz contenant du dioxygène. On suppose que les
2 phases "bulles de gaz" et milieu liquide de culture sont parfaitement homogènes à l'intérieur du bioréacteur. On
suppose que le réacteur est suffisamment peu profond pour négliger les différences de pression entre le fond et la
surface ! a) en absence de microorganisme par unité de temps : dC/dt = KL.a (C* - CL) C* : la concentration en oxygène du milieu saturé en air CL : la concentration en oxygène au temps t dans la phase liquide KL, le coefficient d'échange global pour O2 en m.s-1 en milieu liquidea, aire d'échange spécifique ramenée à l'unité de volume de phase liquide de milieu de culture, en m2 par
m3 de milieu de culture KL et a ne pouvant pas être déterminés séparément le coefficient devient kLaKLa est appelé coefficient de transfert volumétrique ramené à l'unité de volume de milieu (en temps-1, s-1)
Le KLa permet de chiffrer la capacité qu'on a à oxygéner un milieu de culture en bioréacteur dans des
conditions données. l'équation donne : taKCC CC LLquotesdbs_dbs33.pdfusesText_39
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