Sujet 10 - Microbiologie industrielle Flashcards
Domaines d’ac-vité de la microbiologie industrielle (6)
- Agro-alimentaire
- Industrie médicale, pharmaceutique et nutraceutique
- Agriculture, horticulture et foresterie
- Énergie
- Environnement
- Chimie
L’Homme a exploité les microorganismes à grande échelle depuis le Néolithique(~8000 ans av J.C.) quand il a fondé l’agriculture et l’élevage (2)
- Fermentations des sucres
en alcools (vins et bières) - Caillé du lait et fromages
Utilisation des microorganismes à l’échelle industrielle pour ___ (3)
1.Transformation et/ou la co conversion des aliments
2. Synthese de produits
3. Production en masse des mciroorganismes
Les bioréacteurs et fermenteurs industriels s’opèrent principalement selon trois modes (3)
- Culture discontinue par bâchée (Batch)
- Culture continue (Fed batch)
- En perfusion (Perfusion batch)
Capacité d’un bioréacteur de production
1 m3
Bioréacteur/Fermenteur (culture discontinue)
- Production en masse des microorganismes à haute densité et à grande échelle
- En condiCons stériles
- Les paramètres physicochimiques contrôlés
Les paramètres physicochimiques contrôlés (4)
- Temperature
- pH
- Oxygene
- Agitation
Capacité d’un bioréacteur peut atteindre
140 000 L
Bioréacteur/Fermenteur (culture discontinue), capacité croissante
Essais laboratoires –> Essais pilotes –> Production
En général: par un facteur d’inoculation de 10 ___
(volume de 100L pour bioréacteur de 1000L)
Groupe de bactéries capable de fermenter les glucides en produisant de l’acide lactique
Les ferments lactiques
Il existe deux catégories de fermentations lactiques
- Fermentation homolactique
- Fermentation hétérolactique
est réalisée par des bactéries homofermentaires et produit uniquement (ou plus de 90%) de l’acide lactique
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 acéctique)
Bactéries Gram+, anaérobies partiellement tolérantes à l’oxygène
aérotolérantes
Métabolisme fermentatif
absence de cytochromes
En général, elles sont des bactéries non sporulantes et immobiles
Ferments lactiques
Formes de coques, de bâtonnets et de chaînettes
ferments lactiques
Habitat des ferments lactiques (5)
- 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
L. delbrueckeii
Sous-espèces: delbrueckeii, bulgaricus, lactis
L. casei
Sous-espèces: casei, pseudoplantarum, tolerans, rhamnosus
Actinobactéries
Bifidobacterium
Forme très variable : coccoïde, allongée avec bifurcations
Bifidobacterium
Arrangement en chaînettes
ressemblant à des filaments
Bifidobacterium
Produisant: acide acétique, acide lactique, acide formique, éthanol et acide succinique
Bifidobacterium
Anaérobies stricts
Bifidobacterium
Mésophiles
Bifidobacterium
Ne tolèrent par un pH<4,5
Bifidobacterium
Applications biotechnologiques des ferments lactiques
- Transformation d’aliments
- Biopréservation
- Fabrication d’additifs
- Probiotiques
Préparation du lait (5)
- Standardisation
- Homogénéisation
- Pasteurisation
- Enrichissement
- Refroidifissement 42-44°C
Ensemencement avec Lactobacillus delbruckii s-sp. bulgaricus et Streptococcus thermophilus
- L. Delbruckii s-sp. bulgaricus (acidité: lactose est ransformé en acide lactique)
- S. thermophilus (arômes)
Les procédés de fabrication sont adaptés selon la
texture du yaourt
ferme, liquid, brassé
Conditionné en pot à l’étuve 42°C pendant 3 heures
Yaourt ferme
L’acide lactique produit par Lactobacillus modifie la structure de la caséine qui forme un caillé
Yaourt ferme
La coagulation se fait dans une cuve
Yaourts brassés et liquides
Le caillé est brassé mécaniquement, refroidi et conditionné en pots qui seront conservés en chambre froide
Yaourts brassés et liquides
Le yaourt liquide est produit avec le yaourt brassé qui est battu dans les cuves avant le conditionnement
Yaourts brassés et liquides
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 (4)
- Choucroute (Lactobacillus,
Leuconostoc, Pediococcus) - Autres légumes : concombres, olives…
- Pains au levain: (Lactobacillus, Leuconostoc, S. thermophilus)
- Charcuterie (Lactobacillus sakei, Leuconostoc mesenteroïdes, L. curvatus)
Bioproduits
Fabrication des additifs
Acide lac1que par L. delbruckii s-sp. bulgaricus immobilisé dans des billes d’alginate pendant 6 jours (rendement de 90%)
Fabrication des additifs (bioproduits)
Bioproduits : Application dans les industries de (2)
- Agro-alimentaire: addi1ve acidifiant E270, exhausteur de goût, an1oxydant
- Pharmaceutique et cosmétique
- Solvant utilisé dans la fabrication du cuir, textiles et plastique.
Fabrication du fromage (5)
- 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
Formages à pâtes molles à croûte fleurie - souche
Penicillium camemberti
La pâte est dite molle car le caillé n’a subit ni chauffage, ni pressage
Fromages à pâtes molles à croûte fleurie
Le caillage est ___ pour tous les types de fromages (ferments lactiques et présure)
identique
Ces techniques sont tres diverses et aboutissent a une tres grande variete de fromages
L’égouttage, le salage, et
l’affinage
Le ___ est ajouté dans l’élaboration des fromages à pâte dure
chlorure de calcium
Fabrication du fromage Roquefort
Roquefort affiné par l’ensemencement des spores du champignon Penicillium roquefort lors du moulage du caillé.
Fabrication du vinaigre (acide acétique) à partir d’alcool (éthanol) par l’action des bactéries acétiques qui nécessitent de l’O2 = fermentation aérobique
Bactéries acétiques (vinaigre)
Un biofilm de bactéries acétiques qui se forme en surface du vinaigre
La mère vinaigre
Pasteur l’a appelé (Mycoderma aceti), mais il s’agit de bactérie de Gluconoacetobacter europaeus (Famille Acetobacteriaceae) ou Acetobacter aceti
La mère vinaigre
Consistance gélatineuse mais ferme
La mère vinaigre
La mère du vinaigre doit ___ pour le bon fonctionnement de l’acétification (nécessité de l’oxygène)
flotter
Cette technique est appelée méthode Allemande, application à grande échelle et moindre coût
Bioréacteur à vinaigre sur copeaux de bois
Acétateur pilote et
industriel
Biofilm en interface air-liquide - Cette technique est appelée
méthode d’Orléans
application à petite échelle pour des vinaigres de qualité: ex. vinaigre balsamique
Biofilm en interface airliquide (méthode d’Orléans)
largement utilisée pour la fabrication industrielle d’acide aminé (glutamate, E 620 exhausteur de goût et d’arôme)
Corynebacterium glutamicum (Actinobatérie)
Les champignons sont majoritairement des ___ de la matière organique
décomposeurs
Ce mode de vie, leur a permis de produire une large gamme d’___ (lipases, protéases, oxygénases, péroxydases, cellulases, amylases, etc.)
enzymes hydrolytiques
Les champignons sont aussi de redoutables pathogènes et agents de pourritures qui causent des
pertes considérables
Penicillium chrysogenum
Pénicilline, Antibactérien
Acremonium chrysogenum
Cephalosporine C, Antibactérien
Tolypocladium inflatum
Ciclosporine, Immunosuppresseur
Claviceps
purpurea Ergotamine; LSD, Traitement contre les migraines; psychotrope
Plusieurs arômes, Agro-alimentaires
Trametes odorata
Gibberelines, Auxines,
cytokinine, éthilène et
acide abscissique, Phytohormones,
agriculture, horticulture
et foresterie
Gibberella fujikuroi et
plusieurs autres mycètes
Saccharomyces cerevisiae
Vaccins et médicaments, Préventions et
traitements médicaux
Utilisation de la levure pour produire un vaccin contre l’
Hépatite B
Bio-éthanol et bio-diese
Utilisation industrielle
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’assimila+on du P aussi
pour les formes solubles qu’insolubles
Fixation de N2 atmosphérique - Forme symbiotique
1.Nodosités avec Rhizobia/Légumineuses
2. Frankia/Aulnes
3. 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.
Azospirillum, 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
PGPR
Plant Growth Promoting Rhizobacteria
Groupe hétérogène de bactéries bénéfique à la croissance et la protection des plantes
PGPR
Mécanismes d’acBon des PGPR (3)
- Solubilisation des minéraux
- Production des phytohormones (auxines, cytokinines, gibbérellines, éthylène, acide abscissique)
- Phytoprotection
