Cinétique, modélisation et amélioration de la production de L-lysine par Corynebacterium glutamicum sur milieu synthétique

Kinetics, modelisation and improvement of lysine production by c. Glutamicum ATCC 21543 in synthetic medium

• Auteur / Autrice : Lisette Lazcano-Ferrat
• Direction : Jean-Marc Engasser
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 1991
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cinétique chimique

Lysine

Mots clés libres

Sciences appliquées

C. Glutamicum

Lysine

Cinétique

Cultures discontinue,semicontinue

Amélioration performances

Modélisation

Résumé

Ce travail concerne l'étude des cinétiques en réacteurs discontinu et semi-continu, l'amélioration des performances et la modélisation du procédé de production de lysine par C. Glutamicum ATCC 21543. Dans une première partie, les influences de différents substrats sur la croissance, la synthèse de lysine et la consommation du glucose ont été examinées dans le but de définir des conditions favorables à la production de Lysine et de déterminer les relations existant entre ces différentes variables. Les résultats ont montré que les concentrations élevées en glucose, acides aminés d'auxotrophie (aaa) et O2, entrainent une diminution du taux de croissance, de consommation de glucose et de formation de lysine. Sous des conditions de limitation en aaa, le rendement en lysine est maximal mais la productivité et les vitesses spécifiques de croissance et de synthèse de Lysine sont réduites. Ensuite, nous avons défini et mis en œuvre une stratégie d'alimentation du réacteur semi-continu afin d'améliorer les performances de la fermentation. Pour piloter les débits d'alimentation, nous avons utilisé un logiciel d'estimation et de contrôle base sur une mesure indirecte, un modèle simple du procédé et un algorithme de contrôle. Les performances du procédé ont été sensiblement améliorées. Finalement, nous avons établi un modèle permettant de simuler correctement la croissance, la production de lysine et de CO2 et la consommation de glucose, d'O2 et de thréonine, sous différentes conditions de fermentation et dans les deux modes de culture étudiés : discontinu et semi-continu

The microbial growth kinetics in batch and fed-batch culture, the improvement and the modelling of the lysine fermentation by C. Glutamicum ATCC 21543 are presented. In the fist part, the influence of differents susbstrates (O2 , glucose and auxotrophic aminoacids) on growth, glucose consumption and lysine production is studied. The objectif of this kinetics analysis was first, to define process conditions for an improved lysine production, and second, to study the interaction between the consumptions of the substrates, growth and lysine synthesis. The results show that high glucose, O2 and auxotrophic aminoacids severely reduce the rate of growth uptake and production. On the other side, the deficiencies of auxotrophic aminoacids increase lysine yield (Yp/s) but reduc specific growth rate, glucose consumption and lysine productivity. Then, we defined a mode of operation of fed-batch process for an improved lysine productivity. To control the feeding we utilize a “software sensor” based on an indirect measurements (% CO2 an estimation algorithm and a process model ; Good performances are achieved. Finally, in the third part, based on the results onf the kinetics studies, a model is established for the fermentation process. The model is able to correctly simulate growth rate, substrates uptake (glucose, auxotrophic aminoacids, O2 and products formation (lysine and CO2) in batch and fed-batch culture over a wide range of experimental conditions