Les différents procédés de fermentation industrielle
La fermentation industrielle peut être réalisée de plusieurs manières et notamment grâce à différents procédés permettant de contrôler les cultures. Les procédés de fermentation en milieu liquide se distinguent principalement par leur mode de fonctionnement, notamment en fonction de :
- L’alimentation du bioréacteur (soit la cuve dans laquelle se déroule la fermentation) en substrat ;
- Le soutirage du bioréacteur, c’est-à-dire le prélèvement du produit et des micro-organismes, également appelés biomasse, issus de la fermentation.
On retrouve plusieurs procédés de fermentation.
La fermentation en batch
Ce procédé consiste à introduire les micro-organismes et le substrat dans un bioréacteur fermé. Durant le temps de fermentation, il n’y a ni ajout de substrat ou de micro-organismes, ni soutirage. Le volume dans le bioréacteur reste donc constant tout au long du process. Le substrat va alors être consommé par les micro-organismes, ce qui va induire une augmentation de la concentration en biomasse. Aussi, la substance d’intérêt absente au début du process va apparaitre puis augmenter au cours de la fermentation.
La fermentation en fed batch
Proche du batch, le fed-batch correspond à une alimentation continue, soit un apport du substrat en continu dans le bioréacteur, sans soutirer de produit. En effet, le volume initial du substrat dans le bioréacteur est plus faible. Le substrat est ajouté au fur et à mesure lors de la phase de croissance exponentielle des micro-organismes, faisant augmenter le volume dans la cuve. Cela permet de prolonger leur phase de croissance. L’alimentation est ensuite coupée lorsque la cuve est remplie, la culture évolue alors sur le même mode de fonctionnement que la fermentation en batch. Le produit est finalement obtenu à la fin du procédé.
La fermentation continue
Il existe plusieurs types de fermentation continue. Le chemostat est le process le plus courant de ce type de fermentation. Ce procédé débute toutefois par une phase de culture en batch (sans alimentation ni soutirage) pour permettre la croissance de la biomasse afin qu’elle produise la substance d’intérêt de manière optimale. Il y a ensuite, à la fois un apport constant du substrat, et un soutirage continu de la culture (biomasse + produits) à un débit égal. Le volume au sein du bioréacteur est donc constant tout au long de la fermentation. Les micro-organismes sont ainsi en croissance exponentielle en permanence grâce au substrat ajouté permettant une productivité maximale et en continu. Il n’y a alors pas d’accumulation du produit et de la biomasse grâce au soutirage constant lors du process.
Parmi les différents procédés, il existe donc des fermentations immergées en milieu liquide :
- En batch : pas d’alimentation en substrat et pas de soutirage du produit au cours de la fermentation
- En fed-batch : alimentation continue en substrat et pas de soutirage du produit au cours de la fermentation
- Continue : alimentation en substrat et soutirage du produit tout au long de la fermentation
Mais il existe aussi différents procédés de fermentations en conditions de milieu solide pour lesquelles le substrat est sous forme de support organique humide.
La fermentation industrielle : le vivant au service de la production
En plus du procédé utilisé, le choix des micro-organismes est essentiel dans la fermentation industrielle, car chaque espèce, voire chaque souche, possède des caractéristiques spécifiques, adaptées à la production ciblée, dans différents domaines : l’agroalimentaire, la santé, les aromes, etc.
Ces micro-organismes utilisent le substrat pour obtenir : de la biomasse (grande culture des micro-organismes), des métabolites (comme l’alcool, les acides organiques, les gaz) ou encore des substances d’intérêt (protéines, enzymes, arômes…).
Pour citer quelques exemples, en agroalimentaire, les levures (Saccharomyces cerevisiae notamment) sont les actrices principales de la fermentation alcoolique, utilisée dans la production de bière, vin ou bioéthanol alors que les bactéries lactiques (Lactobacillus, Streptococcus) réalisent la fermentation lactique, essentielle à la fabrication de yaourts, fromages, choucroute ou kéfir.
Du côté des arômes, la fermentation industrielle est notamment utilisée dans la biosynthèse d’arômes naturels.
En nutraceutique, la fermentation industrielle permet notamment la production de composés bioactifs, comme les vitamines, mais aussi les probiotiques par exemple, grâce au Bacillus subtilis.
La fermentation industrielle s’applique également au secteur de la santé, notamment dans la production de médicaments. En effet, on utilise certaines bactéries recombinantes (E. Coli par exemple) pour produire des protéines thérapeutiques. Certains micro-organismes sont également utilisés pour la production d’antibiotiques.
Les arômes naturels par fermentation, l’expertise Ennolys
Depuis plus de 30 ans, Ennolys met son expertise en fermentation industrielle au service de la production de biomasse et de molécules d’intérêt, notamment dans le domaine des arômes et plus précisément l’acétaldéhyde et la vanilline avec nos offres Ennarom et Ennalin.
Grâce à une maîtrise des procédés en fermenteurs (batch et fed-batch par exemple), nous sommes capables d’optimiser la production de composés aromatiques naturels à partir de souches sélectionnées de bactéries, levures et moisissures. Cette diversité microbienne permet une grande flexibilité dans les profils métaboliques et aromatiques ciblés.
Notre savoir-faire repose également sur une gestion rigoureuse de la qualité, notamment par la maîtrise des contaminations croisées, essentielle pour garantir la pureté des productions.
Au-delà des molécules aromatiques, notre expertise se décline pour offrir à nos clients une gamme étendue de micro-organismes et de leurs métabolites, incluant des probiotiques et postbiotiques, des enzymes, des protéines et des peptides.
La fermentation industrielle regroupe un ensemble de procédés mettant en œuvre des micro-organismes pour produire, à grande échelle, une grande variété de composés. Le choix du procédé (batch, fed-batch, continu, milieu solide, etc.) dépend des objectifs de production, tout comme le choix des micro-organismes utilisés. Grâce à cette technologie, la nature devient un véritable acteur de production durable au service de l’alimentation, de la santé, de l’énergie et de la chimie.
