Études des mécanismes de croissance des racines Datura innoxia : application à la culture en bioréacteur avec divers modes de conduite

Studies of the mechanismes of growth of roots Datura innoxia : application to the cultures in bioreactor with diverses operating modes

• Auteur / Autrice : Julia Sierra
• Direction : Khalil Shakourzadeh Bolouri, Michèle Boitel-Conti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés industriels et développement durable
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules végétales -- Cultures cellulaires

Bioréacteurs

Plantes -- Croissance

Multiplication in vitro

Transformation

Racines (botanique)

Datura

Mots clés libres

Racines transgéniques

Cinétique de croissance

Conduite en bioréacteurs

Modes opératoires

Temps de doublement

Taux de croissance

Résumé

Ce travail de thèse traite de l'étude de différentes méthodes de production de racines chevelues de Datura innoxia à l'échelle de fioles d'Erlenmeyers et à l'échelle de bioréacteur de laboratoire. Il vise également à améliorer la cinétique de production et la performance de production de la biomasse. L'effet de différents systèmes d'aération et d'alimentation sur la quantité finale de biomasse obtenue ainsi que sur le taux de croissance et sur le temps de doublement des racines est étudié. Dans la partie concernant l'étude en fioles, nous avons caractérisé la croissance racinaire afin de déterminer ses besoins nutritionnels et améliorer le transfert d'oxygène en utilisant des techniques variées telles que la vibration et l'agitation. En ce qui concerne la production dans le bioréacteur, nous avons étudié différents modes opératoires tels que : atomisation, utilisation du garnissage, mode cyclique, mode batch, mode fed-batch, et le renouvellement du milieu afin d'améliorer l'aération, d'une part et les apports nutritionnels, d'autre part. Pour la vibration, le meilleur temps de doublement obtenu a été de 1,86 jours dans la fiole Fembach à fond plat. En bioréacteur et en utilisant le mode Fed-batch, le meilleur temps de doublement (en moyen sur toute la durée de la culture) réalisé est td = 2,4 jours. Nous avons démontré que la cinétique de croissance des racines de Datura innoxia dans la phase exponentielle peut être décrite par le model de Monod. D'une manière générale, la plus grande vitesse de croissance est obtenue en mode Fed-batch. En effet, une réduction de temps de doublement et perfomance globale de la production a été observée en alimentant le bioréacteur tout au long de la culture.

The subject of this thesis work is to study various operating modes for the production of Datura innoxia hairy roots in Erlenmeyer scale and in laboratory bioreactor scale. The aim of this work is to improve the production perfomances by trying to improve the growth kinetics by providing the best operating conditions with a minimum doubling lime and a maximum biomass production. The work in Erlenmeyer scale was focused on the needs of hairy roots concerning species composing the nutriment. While the work in the bioreactor scale was more especially oriented to the optimization and improvement of the operating conditions in which a maximum of biomass can be obtained for a given time. At the light of these studies, it is found that the best ''preparing mode'' in Erlenmeyer scale is that obtained in vibrated Fembach flat bottom flasks with an adapted culture medium. These flasks provide bigger gas/liquid contact area and good performance with the vibrating system. The lime of doubling at these conditions is only 1. 86 days. A number of operating modes have been studied: batch, atomization, cyclic and nutriment renewal. The doubling lime with the fed-batch mode is found to be 2. 4 days. We also demonstrated that the growth of Datura innoxia hairy roots at the exponential phase can be described by Monod's equation. The best global perfomance at bioreactor seale is obtained with fed-batch operating mode where the hairy roots are fed regularly during the culture period.