1. Microbiologie industrielle et environnementale Flashcards
Agro-alimentaire
Saveurs, arômes, émulsifiants, fermentations, fromage, yaourts, acidifiants, pain,…
Industrie médicale, pharmaceutique et nutraceutique
Antibiotiques, vitamines, insuline, pré- et probiotiques, …
Agriculture, horticulture et foresterie
Biostimulants, biopesticides, biofertilisants
Énergie
Biodiesel, bioéthanol, biogaz, …
Environnement
Bioremétation des sols pollués, traitements des eaux usées, …
Chimie
Production de solvants, enzymes, etc…
Utilisation des microorganismes à l’échelle industrielle pour: (3)
- Transformation et/ou la conversion des aliments
- Synthèses des produits
- Production en masse des microorganismes
Les bioréacteurs et fermenteurs industriels s’opèrent principalement selon trois modes:
- Culture discontinue par bâchée (Batch)
- Culture continue (Fed-batch)
- En perfusion (Perfusion batch)
Bioréacteur/Fermenteur (culture discontinue) (3)
- Production en masse des microorganismes à haute densité et à grande échelle
- En conditions stériles
- Les paramètres physico-chimiques contrôlés
Paramètres physico-chimiques contrôlés (4)
Température
pH
Oxygène, CO2
Agitation
Les ferments lactiques
Groupe de bactéries capable de fermenter les glucides en produisant de l’acide lactique
2 catégories de fermentations lactiques
- Fermentation homolactique
- Fermentation hétérolactique est réalisée par des bactéries hétérofermentaires et produit en plus de l’acide lactique, le CO2, l’éthanol et d’autres acides (ex. acide acétique)
Fermentation homolactique
Réalisée par des bactéries homofermentaires et produit uniquement (ou plus de 90%) de l’acide lactique
Fermentation hétérolactique
Réalisée par des bactéries hétérofermentaires et produit en plus de l’acide lactique, le CO2, l’éthanol et d’autres acides (ex. acide acétique)
Voie homofermentaire
Glucose en lactate
Voie hétérofermentaire
Glucose en éthanol
Diversité des ferments lactiques
- Bactéries Gram+, anaérobies partiellement tolérantes à l’oxygène (aérotolérantes)
- Métabolisme fermentatif (absence de cytochromes)
- En général, elles sont des bactéries non sporulantes et immobiles
- Formes de coques, de bâtonnets et de chaînettes
- Habitat: sols, débris végétaux, muqueuses animales, lait, tubes digestifs des animaux
Genre Lactobacillus (3)
- Bacilles groupés en chaînettes
- Pouvoir acidifiant du lait (pH = 3,5)
- Contient 3 groupes selon le métabolisme, la forme, et la génétique
Genre Bifidobacterium
- Actinobactéries
- Forme très variable (coccoïde, allongée avec bifurcations)
- Arrangement en chaînettes ressemblant à des filaments
- Produisant: acide acétique, acide lactique, acide formique, éthanol et acide succinique
- Anaérobies stricts
- Mésophiles
- Ne tolèrent par un pH<4,5
Applications biotechnologiques des ferments lactiques (4)
- Transformation d’aliments
- Biopréservation
- Fabrication d’additifs
- Probiotiques
Fabrication du yaourt — étape 1: préparation du lait
- Standarization
- Homogénation
- Pasteurisation
- Enrichissement
- Refroidissement 42-44 °C
Fabrication du yaourt — étape 2: ensemencement avec Lactobacillus delbruckii s-sp. bulgaricus et Streptococcus thermophilus
- Lactobacillus delbruckii s-sp. bulgaricus: acidité (lactose est transformé en acide lactique)
- Streptococcus thermophilus: aromes
Yaourt ferme
- Conditionné en pot à l’étuve 42°C pendant 3 heures
- Coagulation: l’acide lactique produit par Lactobacillus modifie la structure de la caséine qui forme un caillé
Yaourts brassés et liquides
- La coagulation se fait dans une cuve
- Le caillé est brassé mécaniquement, refroidi et conditionné en pots qui seront conservés en chambre froide
- Le yaourt liquide est produit avec le yaourt brassé qui est battu dans les cuves avant le conditionnement
Élaboration du yaourt
- Coopération entre L. delbruckii s-sp. bulgaricus et S. thermophilus
- Rapport de concentration des 2 souches pour un bon yaourt est: 1/1
- Si prédominance de L. delbruckii s-sp. bulgaricus le yaourt et trop acide; si prédominance S. thermophilus le yaourt est sans arômes
Autres applications de la fermentation lactique
- Choucroute (Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus)
- Autres légumes : concombres, olives…
- Pains au levain: (Lactobacillus, Leuconostoc, S. thermophilus)
- Charcuterie (Lactobacillus sakei, Leuconostoc mesenteroïdes,L. curvatus)
Fabrication des additifs (bioproduits)
- Acide lactique par L. delbruckii s-sp. bulgaricus immobilisé dans des billes d’alginate pendant 6 jours (rendement de 90%)
- Production annuelle est de 40 000 tons
- Application dans les industries de:
- Agro-alimentaire: additive acidifiant E270, exhausteur de goût, antioxydant
- Pharmaceutique et cosmétique
- Solvant utilisé dans la fabrication du cuir, textiles et plastique
Fabrication du fromage
- Caillage du lait par des ferments lactiques et du présure (enzyme protéolytique = chymosine isolés de l’estomac du veau)
- Moulage du caillé
- Égouttage
- Salage
- Affinage
Types de fromages
- Fromages blancs (= fromages frais)
- Pâtes molles à croûte fleurie
- Pâtes molles à croûte lavée
- Pâtes pressées non cuites
- Bleus ou pâtes persillées
- Pâtes pressées cuites
Formages à pâtes molles à croûte fleurie
- Ces fromages sont ensemencés en surface avec des souches de Penicillium camemberti
- La pâte est dite molle car le caillé n’a subit ni chauffage, ni pressage
Les méthodes de fabrication des fromages
- Le caillage est identique pour tous les types de fromages (ferments lactiques et présure)
- Les techniques du moulage, l’égouttage, le salage, et l’affinage sont très diverses et aboutissent à une très grande variété de fromages
- Le chlorure de calcium est ajouté dans l’élaboration des fromages à pâte dure
Fabrication du fromage Roquefort
Roquefort affiné par l’ensemencement des spores du champignon Penicillium roquefortii lors du moulage du caillé
Bactéries acétiques (vinaigre)
Fabrication du vinaigre (acide acétique) à partir d’alcool (éthanol) par l’action des bactéries acétiques qui nécessitent de l’O2 = fermentation aérobique
La mère vinaigre
- Un biofilm de bactéries acétiques qui se forme en surface du vinaigre. Pasteur l’a appelé (Mycoderma aceti), mais il s’agit de bactérie de Gluconoacetobacter europaeus (Famille Acetobacteriaceae) ou Acetobacter aceti
- Consistance gélatineuse mais ferme
- La mère du vinaire doit flotter pour le bon fonctionnement de l’acétification (nécessité de l’oxygène)
Bioréacteur à vinaigre sur copeaux de bois
Cette technique est appelée méthode Allemande, application à grande échelle et moindre coût
Biofilm en interface air-liquide
Cette technique est appelée méthode d’Orléans, application à petite échelle pour des vinaigres de qualité: ex. vinaigre balsamique
Production d’acides aminés
Corynebacterium glutamicum (Actinobatérie) est largement utilisée pour la fabrication industrielle d’acide aminé (glutamate, E 620 exhausteur de goût et d’arôme)
Aperçu d’utilisation des champignons en biotechnologies
- Les champignons sont majoritairement des décomposeurs de la matière organique
- Ce mode de vie, leur a permis de produire une large gamme d’enzymes hydrolytiques (lipases, protéases, oxygénases, péroxydases, cellulases, amylases, etc.)
- On trouve aussi beaucoup de ferments (les levures)
- Les champignons sont aussi de redoutables pathogènes et agents de pourritures qui causent des pertes considérables
Utilisation de la levure pour produire un vaccin contre quoi?
Hépatite B
Rappel: fertilisants et nutrition des plantes
- Macro-éléments essentiels (N-P-K) (Azote (N), Phosphore (P), Potassium (K))
- Oligo-éléments (Magnésium, Calcium, Soufre, Fer, Zinc, Manganèse, Molybdène, Bore, Iode, Sélénium…)
Assimilation du phosphore (P)
Les mycorhizes arbusculaires jouent un rôle fondamental dans l’assimilation du P aussi pour les formes solubles qu’insolubles
Fixation de N2 atmosphérique
- Forme symbiotique (Nodosités avec Rhizobia/Légumineuses, Frankia/Aulnes et Cyanobactéries)
- Bactéries saprotrophes du sol (forme libre) (Azospirillum: genre d’Alphaprotobacteria avec une quinzaine d’espèces qui fixent le N2 dans la rhizosphère des plantes. Ex. Azospirillum brasiliense)
Assimilation de l’azote
- À partir de la matière organique (formes minérales ou organiques: acides aminés)
- Plusieurs groupes de bactéries et champignons décomposent la matière organique en ammonium, nitrate et acides aminés
Les bactéries phytostimulatrices (PGPR)
- PGPR est l’acronyme de Plant Growth Promoting Rhizobacteria
- Groupe hétérogène de bactéries bénéfique à la croissance et la protection des plantes
Mécanismes d’action des PGPR (3)
- Solubilisation des minéraux
- Production des phytohormones (auxines, cytokinines, gibbérellines, éthylène, acide abscissique)
- Phytoprotection
