FERMENTATIONS

Problèmes biologiques

Les êtres vivants sont utilisés comme moyen de fabrication, à partir d'une matière première de prix de revient le plus faible possible, d'une espèce chimique définie correspondant à un besoin économique. Pour les raisons qui vont être exposées, cette technologie est relativement onéreuse et elle ne présente d'intérêt que dans la mesure où la synthèse chimique, à partir de dérivés du pétrole par exemple, est impossible ou d'un coût plus élevé. Ces procédés de fabrication doivent résoudre à la fois des problèmes biologiques et des problèmes de génie chimique.

Les contraintes d'ordre biologique sont diverses.

– Pour la production industrielle, il est nécessaire de réaliser des cultures de micro-organismes en très grandes quantités dans des récipients, adaptés aux différents types de fabrication, nommés fermenteurs, dont le volume peut atteindre plusieurs centaines de litres. Ils doivent être thermostatés avec précision.

– Il est nécessaire que les cultures soient pures, c'est-à-dire qu'elles ne soient pas contaminées par des organismes étrangers utilisant la matière première et même le produit recherché ; on doit donc travailler dans des conditions d'asepsie rigoureuse.

– Il faut obtenir le meilleur rendement possible, ce qui implique une parfaite connaissance de la physiologie des organismes utilisés afin de définir les conditions de culture assurant ce rendement. Ainsi, la production d'acide citrique par des moisissures est optimale dans un milieu acide, carencé en fer et très aéré (forte agitation, insufflage d'air comprimé) ; la production d'acide gluconique est réalisée avec le même type d'organismes en milieu également très aéré, mais appauvri en azote et contenant du carbonate de calcium neutralisant l'acide gluconique formé. L'amélioration des rendements est obtenue en utilisant des organismes mutants (naturels ou isolés après irradiation ou traitement chimique de souches sauvages) qui ont conservé la possibilité de synthétiser le produit recherché, mais ont perdu celle de l'utiliser, ce qui provoque son accumulation. Il y a également intérêt à ce que cette accumulation soit suivie d'une exsorption dans le milieu de culture, la purification pouvant être plus aisée à partir du milieu qu'à partir des organismes.

La tendance actuelle est une automatisation de plus en plus poussée, avec un développement ininterrompu des cultures (technique du « chemostat »). Des détecteurs appropriés mesurent continuellement un certain nombre de paramètres biologiques et physico-chimiques de la culture tels que le nombre d'organismes, le pH, l'opacité, la concentration en aliment limitant, celle en produit fabriqué, etc. Ces informations, analysées par un ordinateur, commandent le prélèvement d'une partie de la culture (d'où l'on isolera le produit fabriqué) et l'apport de milieu neuf de façon à maintenir constante la composition du contenu du fermenteur, celle-ci devant être optimale pour la fabrication.

Applications industrielles

Les produits fabriqués ainsi biologiquement sont évidemment des substances organiques :

– des acides organiques : acide acétique, obtenu à partir d'éthanol par Acetobacter suboxydans, bactérie aérobie stricte, au cours de la fabrication du vinaigre ; acide citrique, par certaines espèces d'Aspergillus et de Penicillium (moisissure) ; acide gluconique, également par des espèces appartenant à ce genre ;

– des vitamines : vitamine B₁, par Eremothecium Ashbyii, Ashbya gossypii (champignons ascomycètes), Candida Guilliermondia (levure) ; vitamine B₁₂, par Streptomyces olivaceus ;

– des acides aminés : L-glutamate, par Micrococcus glutamicus ; L-lysine, par un mutant de cette espèce ;

– des alcaloïdes[...]