Fermentation anaérobie continue pendant 140 jours dans les fermenteurs MINIFOR de LAMBDA pour étudier l'effet d'un acétate externe sur l'allongement de la chaîne à base de lactate.

Pour la première fois, la Faculté de génie de l'environnement et de l'énergie de l'Université de technologie de Poznan, en Pologne, a testé l'effet d'un acétate externe sur l'allongement de la chaîne à base de lactate dans un fermenteur alimenté en continu. Le but est de vérifier comment l'acétate externe affecte l'efficacité de la production de carboxylate en présence du microbiome qui effectue l'allongement de substrats à chaîne courte (lactate-acétate) en précieux caproate.

Dans sa publication - doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.149885, l'auteur a présenté le travail expérimental de fermentation anaérobie continue pendant 140 jours dans deux fermenteurs MINIFOR pour la production de précieux carboxylates, principalement le Caproate en faisant varier la stratégie d'alimentation.

Fig. 1 :  Fermentation anaérobie continue pendant 140 jours dans des fermenteurs MINIFOR de LAMBDA pour étudier l'effet d'un acétate externe sur l'allongement de la chaîne à base de lactate

Reference: doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.149885. Filip Brodowski, Mateusz Łężyk, Natalia Gutowska, Piotr Oleskowicz-Popiel. Effect of external acetate on lactate-based carboxylate platform: Shifted lactate overloading limit and hydrogen co-production, Science of The Total Environment, Volume 802, 2022, 149885, ISSN 0048-9697.

 

Effet de l'acétate externe sur la plate-forme de carboxylates à base de lactate : étude de surcharge de lactate et coproduction d'hydrogène, Science of The Total Environment, Volume 802, 2022, 149885, ISSN 0048-9697.

Pour cette étude, deux fermenteurs MINIFOR de LAMBDA de 1L ont été utilisés en parallèle. La cuve est remplie de milieu synthétique. Le volume de travail maintenu constant dans chaque bioréacteur est de 0,8 L. 80 ml de boues sont utilisées comme inoculum, qui représente un microbiome mixte. De l’azote gaz N2 est acheminé dans les fermenteurs pour y maintenir des conditions anaérobies. Le fermenteur MINIFOR est équipé d’un régulateur de débit intégré MASSFLOW pour l'approvisionnement en N2 ou d'air.

Le module de pesée de LAMBDA (placé sous le fermenteur) a été utilisé pour le mode de culture en continu et maintenir un volume constant dans la cuve. Lorsque le poids dépasse une valeur définie, la pompe de récolte se met en route, aspire le volume excédentaire et maintient le poids constant.

Cultures continues = Fermenteur-bioréacteur MINIFOR de LAMBDA + Pompe d'alimentation + Pompe de récolte + Module de pesée

La température de chaque bioréacteur est maintenue à 30 °C grâce à un système de chauffage infrarouge innovant. Le pH est maintenu à 5,5. Les fermenteurs sont équipés de pompes péristaltiques pour une régulation automatique du pH. Dès que la mesure du pH est différente de la consigne, la pompe acide ou la pompe base se met en route ajoutant un tampon permettant de maintenir le pH à 5,5. Le temps de rétention hydraulique est de 5 jours.

Fig 2 : Vue d’ensemble d’un système de fermentation MINIFOR de LAMBDA

Bioréacteur MINIFOR de Lambda

1)     Régulateur de pH

A)     Pompe pour acide

B)     Pompe pour base

C)     Capteur de pH/température

2)     Régulateur de température

D) Système de chauffage par infrarouge

3) Contrôle du poids pour le chémostat

E) Module de pesée

F) Alimentation

H) Soutirage

4) Régulateur pour l’agitation

I) Agitateur Fish Tail et vibromixeur

G) Débitmètre massique 

Stratégie d'alimentation :

Le processus a été divisé en différentes phases en fonction de la concentration de lactate et d'acétate dans la matière première, comme indiqué ci-dessous,

Fig 3 : Evolution du taux de production des carboxylates selon la concentration résiduelle en substrat dans le bioréacteur 1 (B1) et dans le bioréacteur 2 (B2)

Résultats:

Dans le bioréacteur B1 : grâce à l'ajout d'un acétate externe, il y a une production stable de caproate de 68,9 ± 2,2 mmol C/L/j. La forte coproduction d'hydrogène observée était de 748 ± 76 mLH2/j.

Dans le deuxième bioréacteur, la production de caproate était de 71,7 ± 2,4 mmol C/L/j. La production d'hydrogène gazeux était de 213 ± 30 mLH2/j.

L'analyse microbienne de la culture mixte a montré que les bactéries Ruminococcaceae CPB6 et Acinetobacter étaient stables tout au long du processus.

Conclusion:

Le lactate en tant que seule source de carbone a déstabilisé la production de carboxylate.

L'ajout d'acétate externe favorise la production de carboxylate, en particulier de caproate.