COURS 3 : PRODUCTION ET UTILISATION INDUSTRIELLE DE LEVURES Flashcards
nommer deux composantes de la paroi cellulaire des levures
glucanes et de mannoprotéines
noter que levures = structures eucaryote + mitochnodrie + paroi cellulaire
quel est le mode de reproduction principal des levures?
asexuée par bourgeonnement ou scissiparité,
mais
certaines espèces peuvent aussi se reproduire sexuellement via la formation de spores
nommer les deux classes de levures importantes
Ascomycètes (MAJORITÉ) ou Basidiomycètes.
nommer 4 genres importants des levures (genres = dans les classes)
- Saccharomyces (boulangerie, bière, vin).
- Candida (recherches médicales, parfois pathogène).
- Pichia (biotechnologie industrielle).
- Yarrowia (production de lipides).
- nommer la levure modèle utilisée en génétique et fermentation
- nommer la levure pathogène responsable de maladies opportunistes
- Saccharomyces cerevisiae
- Cryptococcus neoformans
nommer 6 caractéristiques importantes que doivent posséder les levures au niveau de leur utilisation en industrie
pas de toxicité, stabilité génétique, morphologie caractéristique, grosseur des cellules, taux de croissance élevé et tolérance aux bas pH
quel est le temps de division des levures?
90-120 minutes
VRAI OU FAUX
une levure à un volume 125x plus grand qu’une bactérie?
VRAI
RAPPEL
dans l’identification des levures par les caractéristiques MORPHOLOGIQUES, nommer 4 critères d’identification
1- Forme des cellules : Les levures sont généralement ovales, ellipsoïdales, sphériques ou cylindriques.
2- Taille des cellules : Typiquement entre 3 et 10 µm, mais certaines espèces peuvent être plus grandes.
3- Formation de pseudohyphes ou hyphes véritables : Certaines espèces, comme Candida albicans, forment des structures filamenteuses.
4- Apparence des colonies : Les levures forment des colonies lisses, brillantes ou plissées sur les milieux solides.
RAPPEL
dans l’identification des levures par les caractéristiques MÉTABOLIQUES, nommer 2 critères d’identification
1- Températures de croissance : Les levures peuvent être classées selon leurs plages de température de
croissance. Par exemple, Saccharomyces cerevisiae croît généralement à
30°C.
2- Tolérance à des conditions extrêmes : pH acide ou alcalin, concentrations élevées de sel ou d’éthanol.
RAPPEL
dans l’identification des levures par les caractéristiques BIOCHIMIQUES, nommer 4 critères d’identification
1- Fermentation des sucres
2- Assimilation des sucres
3- Production d’enzyme
4- Tests immunologiques ou colorimétriques
RAPPEL
dans l’identification des levures par les caractéristiques MOLÉCULAIRE, nommer 2 critères d’identification
1- Méthodes de référence pour identification rapide et précise: séquençage ADNr/ITS ET PCR
2- Techniques avancées: MALDI-TOF SPECTRO MASSE, basée sur profil protéique
RAPPEL
dans l’identification des levures par les caractéristiques DE MILIEUX DE CULTURE SPÉCIFIQUES, nommer 2 critères d’identification
1- Milieux sélectifs Sabouraud (isoler les levures en général) et CHROMagar (distinction selon couleur)
2- Test de sporulation
Nommer 7 propriétés intéressantes des levures et leurs applications
production d’alcool: bière, vin, bioéthanol
production de CO2: boulangerie, boissons gazeuses
utilisation d’acides organiques: équilibre acides des vins et aliments
autolyse: saveurs, extraits de levures
facteurs killer: détruit d’autres MO
accumulation de minéraux: compléments enrichi en zinc
production de lipides: huile et biocarburants
nommer des applications commerciales des levures
levures de boulangerie, de brasserie, de distillerie (alcool), etc
sur quel principe est basé l’utilisation de levures en industrie?
fermentation
décrire brièvement le processus d’obtention de produits dérivés des levures
on part d’une crème de levures, les levures sont inactivées, on fait une autolyse complète ou partielle = écorce de levures + extrait de levures
nommer les 5 étapes du procédé industrielle type afin de produire des levures (industrielles je crois)
- prétraitement (ex: clarifier mélasse, stérilisation)
- fermentation (culture de levures en conditions aérobie/anaérobie)
- récolte, centri
- conditionnement, séchage des levures
- emballage, mise en sachets/bouteilles, étiquette
nommer deux types de fermenteurs
cuves fermées: Contrôle stérile et optimisé (idéal pour l’industrie pharmaceutique et la production de levures).
cuves ouvertes: Utilisées rarement, principalement pour certaines cultures de micro-organismes
nommer les trois modes d’alimentation
- Batch : Production en lots, souvent utilisée pour des produits spécifiques (ex : antibiotiques).
- Fed-batch : Alimentation contrôlée, idéal pour les bioproduits et protéines recombinantes.
- Continu :Production ininterrompue, courante pour la bioénergie et la production à grande échelle.
quelle est la distinction entre des cellules libres vs immobilisées?
Cellules libres : Plus simples, utilisées dans la production de levure ou de bioproduits à petite échelle.
Cellules immobilisées: réutilisation des cellules et optimisation des rendements (biocarburants, enzymes)
nommer les trois systèmes de contrôle
manuel: moins utilisé à grande échelle, souvent pour des procédés plus artisanaux
automatique: réglage précis des paramètres (utilisé dans les bioprocédés industriels)
informatisé: contrôle à distance, gestion centralisée (industrie pharmaceutique et biotech)
nommer des exemples de facteurs les plus controlés lors de la fermentation
asepsie, température, pH, aération, agitation, moussage, nutriments, métabolites, biomasse
nommer trois exigences nutritionnelles en fermentation industrielle
source de carbone, d’azote et d’autres éléments nutritifs
quel est le processus le plus utilisé par les levures pour produire de l’énergie en absence d’oxygène? 3 produits généré?
Fermentation alcoolique, 2 ATP, éthanol, CO2
quel est le processus le plus utilisé par les levures pour produire de l’énergie en présence d’oxygène? 3 produits généré?
respiration cellulaire
CO2, H2O, énergie (38 ATP)
entre la fermentation et la respiration, quel processus est plus efficace énergétiquemenrt?
RESPIRATION, 38 ATP
Vrai ou faux
S. cerevisiae est capable d’effectuer de la fermentation ou respiration selon les conditions où elle se trouve?
VRAI
quel est le défi principal de la production de biomasse?
contrôle thermique pour éviter la surchauffe
mise en situation:
Au cours d’une production industrielle de levures de boulangerie dans un fermenteur de 300,000 litres, le système de refroidissement du milieu de culture tombe en panne. Quelles sont, par ordre d’importance, les trois mesures immédiates que vous devez prendre pour éviter que les levures soient irréversiblement inactivées?
1- si pas de sucres, pas de croissance
2- baisse apport O2, coupe 38 ATP
3- baisse apport ammoniac
nommer 3 facteurs qui influencent le taux de croissance
1- Présence de substances inhibitrices
2- Disponibilité du substrat
3- Conditions favorables
décrire l’effet Pasteur
En présence de sucres et en absence d’oxygène, la levure produit de l’éthanol et du CO2
Réduction de la fermentation en présence d’oxygène
décrire l’effet Crabtree
Même si on lui fournit de l’oxygène en excès, la levure placée en excès de sucres produira de l’éthanol et du CO2
décrire le concept d’alimentation fed batch
faible vs grande concentration de sucres =?
ajouter progressivement le substrat (ex. :sucres) dans le fermenteur tout au long du processus, au lieu de l’ajouter en une seule fois (batch classique).
faible: respiration active, biomasse élevée
élevée: activation de la fermentation, prod d’éthanol
concernant les températures de croissance laquelle est:
sous-optimale
optimale
sur-optimale
sous-optimale: inférieur à 28 degrés, croissance lente, métabolisme ralenti, prod de bière
optimale: 28-30 degrés: viabilité maximale, conditions idéales de croissance
sur-optimale: 34-35 degrés: diminution progressive de la viabilité en raison du stress thermique, production de levures qui résistent au stress
concernant le pH, décrire un pH non controlé, 2 avantages
aucune intervention pour le réguler
pH fluctue naturellement en fonction de la fermentation et de l’activité métabolique des levures
A: Simplicité : Pas besoin d’équipement ou de régulation ET réduction des coûts opérationnels.
concernant le pH, décrire un pH de type controle partiel, 2 avantages
Régulation ponctuelle du pH pendant des phases critiques de la fermentation (ajout acide/base)
Utilisé dans des processus semi-industriels où les variations sont tolérables mais doivent être limitées
A: Permet de minimiser les fluctuations extrêmes sans trop de complexité ET amélioration de la viabilité des levures dans certaines conditions.
concernant le pH, décrire un pH de type contrôle constant, 2 avantages
pH est maintenu à une valeur fixe tout au long de la fermentation, grâce à un système automatisé qui ajuste en continu l’ajout d’acides ou de bases
Utilisé Essentiel dans les fermentations industrielles (par exemple, levure boulangère, production de biomolécules) où un pH stable maximise les rendements
A: Conditions optimales pour la croissance des levures et la production de biomasse ou de métabolites spécifiques ET réduction du stress sur les levures et amélioration de la productivité.
au niveau du processus de récolte, décrire le milieu fermenté, les méthodes de récolte des levures, le concept de fraction et les produits dérivés
- Le milieu fermenté (vin, bière) contient les levures et des métabolites produits au cours de la fermentation.
- La levure peut être récoltée après fermentation, souvent par décantation ou centrifugation, et peut être réutilisée ou transformée.
- Les fractions incluent la levure en suspension, les lies “lees” et autres résidus qui peuvent être exploités.
- Les produits dérivés des levures après récolte incluent des extraits de
levure, des protéines, des polysaccharides, de la levure sèche, et de la biomasse de levure, qui ont des applications industrielles dans l’alimentaire, les compléments alimentaires, et d’autres industries.
nommer 5 techniques permettant la récolte de levures
centrifugation (MÉTHODE DOMINANTE), filtration, floculation, distillation, pervaporation (retirer alcool)
nommer 6 choses qu’on peut faire pour récolter des levures
inactivation: pasteurisation, stérilisation
autolyse: dissolution des levures par leurs propres enzymes
évaporation/osmose inverse: concentration des liquides en éliminant l’eau
extrusion: transformation en forme de pâte ou granulés sous pression et chaleur
séchage: retrait de l’eau pour produite des poudres/granules
emballage: préservation des produits en ajustant la composition de l’air
de manière générale, nommer trois méthode des traitements post récolte
enrichissement en vitamine D: exposition aux UV-B pour produire vitamine D
séchage
dosage (ajout à la levure active)
qu’est-ce qui distingue la vitamine D2 (ergocalciférol) et la vitamine D3 (cholécalciférol)?
D2= produite par les levures
D3: produite pas les animaux
nommer des fonctions métaboliques des levures (6)
Fonctions métaboliques:
Squelette (fixation du calcium)
Cancer (prévention)
Immunité (stimulation)
Muscles (échanges calciques)
Cardiovasculaire (rôle +)
Diabète (sensibilité à l’insuline)
nommer 6 notions de qualité
activité et performance: contrôler les paramètres pH, T, oxygène, etc
stabilité et conservation: levure fraiche/sèche (T/sous-vide)
sécurité : controle des contaminants mcb et protocoles rigoureux
composition biochimique: teneur en tréhalose, proportion de cellules viables et actives
apparence: couleur est liée au substrat, rassurer les clients (couleur n’impacte ni l’activité ni la qualité)
contrôle de la production: analyse régulière, suivi des normes de qualité et des réglemntations
nommer des exemples de fermentation industrielle des aliments (FIA)
levures de boulangerie, panification, brasserie, fermentation de lactosérum, traitement de lisier de porc, fermentation lactique/acétique
nommer les grandes étapes de la fabrication de levures de boulangerie
au labo: sont à -80 degrés, souche pure en tube, multiplication
préfermentation, 1ere génération on récolte quelques tonnes, génération commerciale on récolte plusieurs tonnes
épuration, centrifugation
récup crème de levures OU
filtre rotatif pour faire filament de levures, séchage pour faire levures sèches OU extrudeuse pour faire levures fraiches
lorsque le fermenteur est en opération, que faut-il faire afin que les bulles issues de la fermentation (CO2) ne deviennent pas trop importantes
mettre un antimoussant et contrôler l’air
nommer les grandes étapes de la production industrielle de levures
clarification des mélasse, stérilisation, supplémentation, fermentation aérer, séparation (centrifugation) et trois choix après
1) expédition
2) filtration, extrusion, emballage
3) filtration, extrusion, séchage 40 degrés, emballage
que faut-il faire avant de procéder au séchage des levures?
la levure doit être compressée ou extrudée
quelles sont les 3 conditions de séchage industriel des levures
- 10 à 20 minutes (temps court pour préserver la qualité).
- Température basse d’environ 40°C pour éviter la dégradation thermique des levures.
- L’air utilisé dans le séchage est déshumidifié pour maximiser l’efficacité du processus.
que faut-il faire après le séchage des levures?
emballage sous-vide pour maintenir fraicheur et longévité
VRAI OU FAUX
le séchage des levures permet d’augmenter la survie de 30% à 94-96%? Plus permet de conserver 2 ans minimum?
VRAI
comme technique de production pour conditionner la levure à résister au séchage et à sa future réhydratation, décrire le processus où:
l’on stoppe la multiplication à un moment clé
vise à interrompre le cycle cellulaire de la levure à un moment précis pour maximiser sa résistance aux conditions de séchage et de réhydratation ultérieures
contrôler l’apport de sucre
et d’oxygène
ATTENDRE FORMATION DE LA PAROI (G1 on stoppe)
comme technique de production pour conditionner la levure à résister au séchage et à sa future réhydratation,
nommer le processus qui implique la fermentation
fermentation directe des sucres présents
comme technique de production pour conditionner la levure à résister au séchage et à sa future réhydratation, décrire le processus où:
l’on joue sur la teneur en tréhalose
synthétisé par la levure en condition de stress
lors du séchage il agit comme un stabilisateur des membranes cellulaires en limitant les dommages causés par la déshydratation
comme technique de production pour conditionner la levure à résister au séchage et à sa future réhydratation, décrire le processus où:
l’on fait un séchage doux
séchage doux à faible température réduisant les risques de repliement ou de rupture des membranes cellulaires
comme technique de production pour conditionner la levure à résister au séchage et à sa future réhydratation, décrire le processus où:
l’on ajoute un émulsifiant
monostéarate de sorbitane (E491), un émulsifiant d’origine végétale, favorise l’hydratation en stabilisant les membranes, ce qui facilite la réhydratation rapide et homogène des levures après séchage
nommer les 4 types de produits de boulangerie classés selon l’agent de levant utilisé
produits levés par fermentation (utiliser levures pour fermentation et dégagement CO2)
produits levés par réaction chimique (pas de levures mais rx prod CO2)
produits levés par incorporation d’air (air agit comme agent levant, souvent intégré dans le battage intensif)
produits sans agents levants (nécessite pas de fermentation, rx chimiques ou air)
quels sont les trois procédés de fabrication du pain, nommer un avantage de chacun
- pâte directe (straight dough): Simplicité et rapidité
- levain liquide (liquid ferment): Meilleure complexité de saveur
- levain-levure (sponge & dough): Combinaison de la rapidité de la levure avec la profondeur de saveur du levain
décrire le processus de panification de type « pâte directe »
tous les ingrédients sont mélangés ensemble d’un seul coup et la pâte est laissée fermenter pendant une période avant d’être cuite
mélange ingrédient ➡️ fermentation ➡️ diviser et former ➡️ façonnage pain ➡️ fermentation finale ➡️ cuisson
décrire le processus de panification de type « sponge and dough »
repose sur utilisation d’un levain, soit pâte-farine-eau qui est fermentée avant d’être mélangé aux autres ingrédients pour former la pâte finale
mélange de songe (levain) est fabriqué ➡️ fermentation des sucres de la farine/levures, CO2 prod et donc pâte lève ➡️ ajout des ingrédients restants ➡️ pétrissage ➡️ preuve fermenter encore) ➡️ façonnage ➡️ cuisson
décrire rapidement les aspect mécaniques, chimiques et biologiques de la fabrication du pain
mécaniques: structure + manier la pate via petrissage, division, etc
chimiques: améliorer propriétés de conservation par oxydants, réducteurs, agents de conservation
biologiques: levée, saveur, texture par action des enzymes
nommer un agent de conservation utilisé dans le pain
propionate de calcium, inhibe les moisisuures qui peuvent produire des mycotoxines dangereuses/cancérigènes
qu’est-ce que le levain?
mix de levures et de bactéries pour fabriquer du pain au levain
quels sont les 4 ingrédients qui permettent de fabriquer la bière?
orge (céréale), eau, houblon (donne amertume), levures
quels sont les 4 co-produits lors de la fabrication de bière?
germes, drêches, résidus de filtration, levures+CO2
nommer vite fait les procédés de fabrication de la bière
maltage, trempage+empâtage, cuisson, fermentation,+maturation, conditionnement
= BIÈRE!!!
que produisent les biofilms? utilisation en industrie, pourquoi on veut produire des biofilms?
glycocalyx: matrice de polysaccarides qui permettent de se coller à la membrane , etc
utilisés exemples dans les eaux usées et donc inhibe d’autres pathogènes
quels sont les deux produits de la coagulation du lait? composition du deuxième produit en gros?
fromage et lactosérum
lactosérum= 94% eau, sucre (lactose), protéines, peu de matières grasses et de sels minéraux
en terme de matière première, la levure primaire est considérée comme …. et la levure de brasserie comme …
levures primaire: produit principal
levures de brasserie (co-produit)
rappel que ce n’est pas uniquement la levure qui est utilisée en industrie:
nommer des produits dérivés des levures
autolysat de levures, extraits de levures, enzymes, écorces de levures, etc
VRAI OU FAUX
l’autolyse est environ équivalente à l’apoptose?
VRAI
décrire le processus de production de produits dérivés de levures
crème de levures ➡️ autolysat de levures ➡️
extrait de levures (pour faire enzymes/nucléotides, SAMe)
OU
écorce de levures (pour faire MOS, mannoprotéines, b-glucans)
nommer 5 défis d’optimisation des processus de fermentation
amélioration des souches: prendre des performantes/génie génétique pour renforcer
optimisation du milieu: nutriments ajustés, contrôle T, pH
surveillance et contrôle: automatisation pour suivre en temps réel
efficacité des réacteurs: optimiser le transfert de masse et chaleur
gestion des déchets: valoriser sous-produits, recyclage des effluents
nommer deux exemples concrets pour optimiser des procédés industriels
- Utilisation d’enzymes pour hydrolyser des sucres complexes en sucres simples avant fermentation.
- Automatisation des procédés pour réduire les erreurs humaines et améliorer la reproductibilité.
nommer deux objectifs de l’augmentation du rendement
- Réduire les pertes de biomasse lors des étapes de séparation (centrifugation, filtration)
- Maximiser le taux de conversion du substrat en levures viables.
nommer trois solutions possibles afin d’augmenter le rendement
- Optimisation des sources de carbone (par exemple, utiliser des mélanges de sucres pour éviter la saturation).
- Identification et élimination des inhibiteurs (par exemple, métaux lourds dans les mélasses ou sous produits toxiques).
- Réduction des temps de cycle (de l’inoculation à la récolte des levures).
nommer des problèmes associés à la production de levures et des pistes d’amélioration
problèmes environnementaux:
- Utilisation intensive de ressources comme l’eau et l’énergie.
- Rejets industriels (par exemple, déchets liquides contenant des résidus de substrat).
pistes d’amélioration:
- valoriser les co-produits
- réduction de l’empreinte de carbone (énergie renouvelable)
quels compagnies (2) on fait un partenariat afin d’intégrer la fermentation pour relever les défis sociétaux liés à l’environnement, à l’alimentation et à l’agriculture
Lesaffre et INRAE
nommer des perspectives pour l’avenir
Applications émergentes :
Développement de levures pour produire :
* Protéines alternatives (réponse aux besoins alimentaires mondiaux).
* Bioplastiques (matériaux durables).
* Biocarburants (énergie renouvelable).
Levures personnalisées, production de molécules thérapeutiques
Digitalisation et optimisation: utiliser la data science et l’IA
Impact sociétal et environnemental
