Optimisation de procédés de fermentation lactique sur sirop de son de blé et Purification et caractérisation d'une arabinose isomérase de Lactobacillus bifermentans

Optimization of lactic acid fermentation process on wheat straw syrup and Purification and characterization of arabinose isomerase from Lactobacillus bifermentans

• Auteur / Autrice : Sébastien Givry
• Direction : Francis Duchiron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie industrielle
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Reims

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fermentation

Lactique, Acide

Lactobacilles

Isomérases

Pentoses

Son de céréales

Mots clés libres

Son de blé, Arabinose isomérase

Résumé

La production d’acide lactique à partir de ressources renouvelables telles que le son de blé comme alternative aux produits dérivés du pétrole présente un intérêt grandissant, notamment pour la production de polymère biodégradable d’acide lactique. Le son de blé est un co-produit composé d’hexoses et de pentoses et son utilisation comme substrat de faible coût dans diverses industries est envisagée. Cependant, peu de microorganismes consomment rapidement et efficacement les pentoses pour donner un seul et même produit. Dans le but de fermenter ces pentoses, un criblage a été réalisé et a permis d’isoler, une bactérie lactique Lactobacillus bifermentans qui par la suite nous avons cherché à optimiser la production d’acide lactique de cette souche par des méthodes statistiques de surfaces de réponse, et cela, pour deux procédés de fermentation en réacteur batch : cellules libres et par inclusion des cellules sur calcium-alginate. Dans un second temps, nous avons optimisé la production des activités xylose isomérase et arabinose isomérase de Lactobacillus bifermentans. Ces enzymes présentent en effet un intérêt commercial important au niveau industriel pour la production de sirop de fructose et de tagatose. La xylose isomérase joue également un rôle dans la production d’éthanol à partir du xylose en fermentation simultanée avec des levures. Après amélioration des conditions de culture, ces enzymes ont été produites en fermenteur, purifiées et caractérisées. Finalement, Lactobacillus bifermentans ne possède qu’une seule enzyme, l’arabinose isomérase, qui réalise ces deux activités et qui présente des similitudes avec l’arabinose isomérase de Lactobacillus pentosus.

Lactic acid production from renewable resources such as wheat straw as alternate to derived products from oil present a growing interest, in particular for the production of biodegradable polylactic acid polymer. The wheat straw is a by-product composed of hexoses and pentoses and its use as substrate of low cost in various industries is considered however, few microorganisms consume quickly and effectively pentoses to give a single product. Lactic acid bacteria were screened for pentoses fermentation and Lactobacillus bifermentans showed the highest levels of lactic acid production. Thereafter we have optimized lactic acid production by this strain using response surface methodology, and that, for two fermentation process in batch bioreactor: free cells and by cells inclusion in calcium alginate. In the second time, we describe the optimization of an appropriate fermentation medium for xylose isomerase and arabinose isomerase production by Lactobacillus bifermentans. These enzymes have received increased attention by industries for their use in producing high fructose concentration syrup and tagatose. Xylose isomerase also presents potential application in the production of ethanol from xylose in simultaneous fermentation with yeasts. After improvement of the conditions of culture, these enzymes were produced out of bioreactor, purified and characterized. Finally, Lactobacillus bifermentans has only one enzyme, L-arabinose isomerase, which carried out these two activities and which presents similarities with arabinose isomerase of Lactobacillus pentosus.