Dans tout processus de fermentation, le succès ne dépend pas uniquement du bioréacteur ou de la souche utilisée. Il existe un troisième élément, souvent sous-estimé, qui fait la différence entre un bioprocédé efficace et un bioprocédé limité : le milieu de culture.
Le milieu de culture est l’environnement nutritionnel qui permet aux micro-organismes de croître, de se développer et de générer le produit souhaité pendant la fermentation. Il est essentiel de comprendre sa composition et son choix pour améliorer les performances, réduire les coûts et garantir la reproductibilité du processus.
Pourquoi le milieu de culture est-il si important ?
Pour qu’un micro-organisme puisse se développer et exprimer son potentiel métabolique maximal, il a besoin d’un ensemble équilibré de nutriments. La souche, les conditions de fermentation (pH, température, oxygène, agitation) et le milieu de culture forment une triade indissociable qui détermine l’efficacité du bioprocédé.
Un milieu nutritionnellement approprié est un milieu capable de répondre aux besoins énergétiques et structurels du micro-organisme, favorisant la croissance et la production du métabolite ou de la protéine cible.
Composants essentiels d’un milieu de culture :
1. Macronutriments (g/L)
Ils constituent la base de la croissance microbienne et doivent être présents en quantités suffisantes :
- Sources de glucides : glucose, fructose, saccharose, amidon… indispensables comme source d’énergie.
- Sources d’azote : sels d’ammonium, peptones ou extraits protéiques, indispensables pour les protéines et les acides nucléiques.
- Phosphore, soufre, magnésium et potassium, indispensables pour les fonctions structurelles et enzymatiques.
2. Micronutriments (µg–mg/L)
Ils comprennent des minéraux tels que :
- Fer
- Manganèse
- Molybdène
- Calcium
Bien qu’ils ne soient nécessaires qu’en petites quantités, ils jouent un rôle crucial dans de nombreuses voies métaboliques.
3. Facteurs de croissance
Vitamines, acides aminés et acides gras qui stimulent la croissance ou permettent le développement complet du micro-organisme.
TYPES de milieux de culture et comment choisir le bon
Les milieux de culture peuvent être classés comme naturels ou artificiels (synthétiques) :
➡️ Médias commerciaux conçus
Ils sont spécifiques à certains groupes microbiens et offrent des compositions standardisées et reproductibles. Ils sont idéaux lorsque la stabilité et le contrôle sont requis.
➡️ Supports personnalisés
À partir de matières premières individuelles, il est possible de formuler un milieu personnalisé, qui permet:
- Ajuster la composition nutritionnelle à la souche ou au processus.
- Réduire les coûts.
- Augmenter la productivité.
- Contrôler la qualité des ingrédients.
➡️ Ressources naturelles et sous-produits agroalimentaires
De plus en plus utilisé grâce à la tendance vers l’économie circulaire. De nombreux sous-produits ont un profil nutritionnel très intéressant, permettant une fermentation durable et peu coûteuse.
Un exemple actuel est la fermentation solide des déchets organiques, une pratique qui favorise la réutilisation des matériaux et réduit l’impact environnemental.
Stérilisation et contrôle microbiologique de l’environnement
Quel que soit le milieu choisi, il est essentiel de s’assurer qu’il est exempt de contaminants microbiens. Sinon, le micro-organisme cible serait en concurrence avec d’autres organismes indésirables, ce qui affecterait les performances et la reproductibilité.
Méthodes courantes de stérilisation :
- Stérilisation en place (SIP) dans les bioréacteurs industriels
- Stérilisation hors site pour les petits volumes
- Pasteurisation
- Utilisation d’agents chimiques, en fonction du processus et du type de milieu
Volume requis : batch, fed-batch ou continu ?
Lors de la planification d’un bioprocédé, il est important de calculer correctement le volume du milieu de culture. Cela dépend directement du type de fermentation :
🔹 Batch
L’ensemble du support est chargé au début du processus.
🔹 Fed-batch
Le milieu est ajouté de manière contrôlée pendant la fermentation, ce qui améliore le rendement et prolonge la phase de production.
🔹 Continuous
Le milieu de culture est ajouté en continu pendant que le produit est retiré. Des calculs précis sont nécessaires pour maintenir l’équilibre du système.
Chaque modalité implique des exigences différentes en termes de quantité, de concentration et de stratégie nutritionnelle.
Conclusion : Le milieu de culture est au cœur du bioprocédé.
La sélection et la formulation correcte du milieu de culture permettent :
- Augmenter la productivité
- Réduire les coûts
- Améliorer la reproductibilité
- Accélérer la fermentation
- Promouvoir des processus plus durables et plus efficaces
Chez Techmi Group, nous savons qu’un bioprocédé optimal commence bien avant la mise en marche du bioréacteur. C’est pourquoi nous développons des solutions technologiques qui permettent un contrôle précis de tous les paramètres qui influencent le rendement des cultures.
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