Activité bio-catalytique en haute densité cellulaire de Saccharomyces cerevesiae pour l'intensification de la production de bio-éthanol

Bio-catalytic activity of Saccharomyces cerevisiae in condition of high celle density for the intensification if bio-ethanol production

• Auteur / Autrice : Anne-Sophie Aldiguier
• Direction : Gérard Goma, Carole Molina
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie et biocatalyse industrielle
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bioréacteurs

Bioéthanol

Saccharomyces cerevisiae

Cultures cellulaires

Mots clés libres

Recyclage cellulaire

Hautes densités cellulaires

Résumé

L'objectif est de quantifier le comportement dynamique de la levure Saccharomyces cerevisiae CBS 8066 en hautes densités cellulaires afin d'intensifier de façon rationnelle les productions microbiennes selon des critères industriels définis (titre, productivité, rendement). Nous avons développé un bioréateur continu bi-étagé avec recyclage cellulaire (BBRC) permettant de maîtriser de façon indépendante la concentration, l'environnement et l'état physiologique de la levure. Son originalité réside dans la gestion de l'activité microbienne via une boucle de recirculation entre les deux étages. L'influence des hautes densités cellulaires (de 30 gms. L-1 à 223 gms. L-1) a été caractérisée en régime permanent d'un point de vue physico-chimique, physico-mécanique et biologique aux échelles macro et microscopique. En focalisant l'interprétation des résultats sur la biomasse viable, nous avons montré qu'il n'y a pas d'impact des hautes densités cellulaires sur les cinétiques microbiennes de croissance et de production d'éthanol dans le domaine de variation considéré. Les effets de la concentration totale en biomasse ont été identifiés et quantifiés au niveau cellulaire (composition élémentaire, eau intracellulaire et volume cellulaire) et au niveau des paramètres physiques (rhéologie). L'application du BBRC à la production intensive d'éthanol a permis d'atteindre une des meilleures performances internationales (41 kg. M-3. H-1) en combinant productivité, titre et rendement

The study aims to quantify the dynamic behaviour of the yeast Saccharomyces cerevisiae CBS 8066 in high cell density conditions to improve microbial production taking into account defined industrial criteria (titre, productivity and yield). We developed a Two-stage Bioreactor with Cell Recycling (TBCR) to have independent controls on the cell concentration, the environment and the physiological state of the yeast. The bioprocess originality in the management of the microbial activity by the use of a recycle loop beetween the two stages. The influence of very high cell density (up to 223 gdw. L-1) was quantified on both biological and physical phenomena using macroscopic, microscopic, physico-mechanical and physico-chemical analysis in continuous steady state cultures. Considering the active part of the biomass, no biomass inhibition was shown on both growth and production kinetics. . . Total cell concentration impacts were identified and quantified at a cellular level (elementary composition, intracellular water content and cell volume) and at a physico-mechanical leved (rheology). We experimentally demonstrated the pertinence of the TBCR application to intensive bio-ethanol production according to industrial criteria such as ethanol concentration and yield to perform one of best international high bio-ethanol productivity (41 kg. M-3. H-1).