Fermentation
La fermentation désigne des processus de transformation biochimiques au cours desquels des micro-organismes ou des enzymes décomposent des substrats organiques et forment ainsi des produits métaboliques tels que des acides, des alcools, des gaz ou des arômes. La fermentation est utilisée dans l'industrie alimentaire, pharmaceutique et biotechnologique pour conserver et affiner des produits ou pour produire de manière ciblée des substances actives et des arômes. La fabrication du yaourt, de la choucroute, de la bière, du vin, du vinaigre, des enzymes ou des principes actifs pharmaceutiques sont des processus de fermentation typiques.
D'un point de vue matériel, les micro-organismes transforment des substrats riches en énergie (par exemple le sucre) dans des conditions généralement anaérobies ou microaérobies. Une réaction de fermentation très simplifiée (fermentation lactique) peut par exemple être représentée comme suit :
C₆H₁₂O₆ → 2 · C₃H₆O₃
Le glucose est transformé en acide lactique, ce qui libère de l'énergie sous forme d'ATP dans le micro-organisme. Dans le cas de la fermentation alcoolique, la formule brute courante est la suivante :
C₆H₁₂O₆ → 2 · C₂H₅OH + 2 · CO₂
Le glucose y est transformé en éthanol et en dioxyde de carbone.
Techniquement, la fermentation a généralement lieu dans des bioréacteurs ou des cuves de fermentation. Les paramètres importants du processus sont la température, le pH, l'apport en oxygène (aéré ou non aéré ou peu aéré), l'intensité de l'agitation, la composition des nutriments et la durée. La cinétique de croissance des micro-organismes est souvent décrite par la relation simplifiée suivante :
μ = (1/X) · (dX/dt)
- μ : taux de croissance spécifique
- X : concentration en biomasse
- t : temps temps
La formation du produit peut être considérée à l'aide d'approches comptables similaires, par exemple :
r_P = (dP/dt)
- r_P : taux de formation du produit
- P : concentration du produit
Dans les mélangeurs et les cuves de traitement, une répartition homogène des micro-organismes, du substrat et, le cas échéant, des gaz ajoutés est essentielle pour les processus de fermentation. Un brassage efficace garantit que la température et le pH restent constants, que les nutriments sont bien répartis et que les conditions de réaction sont aussi similaires que possible à tous les points du fermenteur. Cela favorise une qualité reproductible des produits, un profil aromatique défini et des rendements constants.
Selon l'objectif du processus, la fermentation peut être réalisée en mode discontinu, en mode fed-batch ou en mode continu. Dans le cas de la fermentation discontinue, un lot est préparé et conduit jusqu'au degré de conversion souhaité. Dans le cas du procédé fed-batch, l'apport de substrat pendant la fermentation peut être contrôlé de manière ciblée afin d'éviter les réactions indésirables (par exemple dues à des concentrations trop élevées en sucre). Les appareils Amixon® sont particulièrement adaptés aux processus de fermentation. Ceci est expliqué dans l'article de blog « Fermentation dans le réacteur de fermentation amixon ».