Rendement optimisé de l'acide itaconique : intégration du bioréacteur MINIFOR de LAMBDA avec électrodialyse à membrane bipolaire pour une productivité maximale

Les espèces d'Aspergillus sont des exemples parfaits de champignons filamenteux connus pour leur morphologie unique, caractérisée par de longues cellules filamenteuses appelées hyphes. Ces hyphes s'entrelacent pour former un réseau appelé mycélium, qui joue un rôle essentiel pour permettre à ces champignons de prospérer dans divers environnements et de produire de précieuses molécules par fermentation, tels que l'acide itaconique (IA).

L'acide itaconique est devenu essentiel dans plusieurs applications industrielles, notamment comme agent de réticulation dans la production de latex synthétique et comme monomère pour les résines de polyester insaturé. Bien que la production d'IA par fermentation d'Aspergillus terreus soit économique, le procédé génère de grandes quantités de biomasse et de déchets d'eau. Pour résoudre ce problème, les chercheurs explorent des méthodes permettant d'augmenter la production d'IA tout en minimisant les déchets.

Des chercheurs du groupe de recherche de bio-ingénierie, de technologie membranaire et énergétique de l'université de Pannonie, en Hongrie, ont cherché à améliorer la production d'IA par fermentation continue à l'aide du bioréacteur de paillasse MINIFOR de LAMBDA. L'effluent du milieu de fermentation, contenant de l'IA, a été purifié par électrodialyse à membrane bipolaire (EDBM). Le diluat de l'EDBM a été réintroduit dans le bioréacteur et le processus de fermentation continue a duré 547 heures.

La fermentation continue a été réalisée dans un bioréacteur MINIFOR de LAMBDA d'un volume effectif de 1,8 L à une température de fonctionnement de 37°C. Le niveau d'oxygène dissous nécessaire a été obtenu en introduisant de l'oxygène gazeux pur à 0,2 VVM.

La production la plus élevée d'acide itaconique grâce à la fermentation du champignon filamenteux Aspergillus terreus dans le bioréacteur de paillasse Minifor de Lambda.

La conception de l’agitateur du bioréacteur Minifor de Lambda joue un rôle crucial dans la formation d'agrégats fongiques optimaux, facilitant ainsi une production accrue d'acide itaconique.

Fig. 1 Le mécanisme d’agitation du fermenteur MINIFOR de LAMBDA permet la production d’ agrégats d’ Aspergillus terreus optimaux pour la production d’acide itaconique.

Le bioréacteur fermenteur MINIFOR de LAMBDA a joué un rôle crucial dans l'amélioration de la production d'acide itaconique. Pour une production accrue d'IA, la morphologie d'Aspergillus terreus s'est avérée très importante pendant la fermentation. Les chercheurs ont noté que les amas ou les flocs lâches de mycélium d'un diamètre compris entre 0,4 et 0,5 mm étaient optimaux pour la production d'acide. L'équipe a également confirmé que le nouveau mécanisme d'agitation du bioréacteur MINIFOR de LAMBDA permettait un mélange efficace tout en maintenant la morphologie mycélienne requise sans compromettre la formation mycélienne parfaite.

Référence: Hülber-Beyer, Éva, Nemestóthy, N., & Bélafi-Bakó, K. (2024). Case Study of Continuous Itaconic Acid Fermentation by Aspergillus terreus in a Bench-Scale Bioreactor. Hungarian Journal of Industry and Chemistry, 51(2), 57–63. doi.org/10.33927/hjic-2023-19

Fermenteur-bioréacteur MINIFOR de LAMBDA pour la fermentation de champignons filamenteux.

Le bioréacteur / fermenteur MINIFOR de LAMBDA a joué un rôle crucial dans l'amélioration de la production d'IA. La morphologie d'Aspergillus terreus s'est avérée importante pendant la fermentation. Les chercheurs ont observé que les amas ou les pastilles lâches de mycélium, d'un diamètre compris entre 0,4 et 0,5 mm, étaient optimaux pour la production d'acide. De plus, le nouveau mécanisme d'agitation de haut en bas en forme de queue de poisson du bioréacteur MINIFOR de LAMBDA a assuré un mélange efficace tout en maintenant la morphologie mycélienne souhaitée sans perturber la croissance fongique.

Fig 2 : Illustration de la morphologie d'Aspergillus terreus et aperçu graphique de la vitesse de consommation d'oxygène (OUR), de la concentration de glucose et d'acide itaconique dans le milieu de fermentation. Référence : Hülber-Beyer, Éva, Nemestóthy, N., & Bélafi-Bakó, K. (2024). Étude de cas de la fermentation continue de l'acide itaconique par Aspergillus terreus dans un bioréacteur à l'échelle du laboratoire.

Processus de fermentation et résultats

Le fonctionnement continu du fermenteur a commencé 96 h après l’inoculation et s'est poursuivi pendant 23 jours (547 heures). L'effluent a été drainé par une canule de récolte placée au fond de la cuve du réacteur. Les canules réglables en hauteur du bioréacteur MINIFOR de LAMBDA ont facilité le remplissage du milieu en maintenant une distance de plus de 5 cm par rapport à la surface de la culture. Le taux de dilution a été maintenu à 0,007 h-1.

La combinaison du bioréacteur MINIFOR de LAMBDA avec de la technique EDBM (électrodialyse) a conduit à des résultats significatifs. Au cours de la période de production IA de 16 jours, un titre de produit maximal de 35 g·L⁻¹ a été atteint, surpassant les fermentations continues précédemment documentées.

Le bioréacteur a maintenu des conditions optimales pour la croissance d'Aspergillus terreus, avec une oxygénation et une agitation contrôlées facilitant la formation d'amas fongiques, essentiels pour des rendements élevés d'IA. Le procédé EDBM a efficacement récupéré l'IA du milieu de fermentation et a permis la réutilisation du diluat, réduisant ainsi les déchets et permettant une fermentation continue. L'augmentation de la production est le résultat à la fois des conditions optimisées du bioréacteur et de l'intégration de l'EDBM pour la récupération du produit et la durabilité du procédé.

Applications du fermenteur-bioréacteur MINIFOR de LAMBDA pour les champignons filamenteux

Le fermenteur-bioréacteur LAMBDA MINIFOR est idéal pour une large gamme d'applications de recherche impliquant des champignons filamenteux, notamment :

• Production d'enzymes : Utilisé dans les industries de l'alimentation humaine et animale et des biocarburants pour la production de cellulases, de protéases et d'amylases.
• Biosynthèse d'acides organiques : Essentielle pour la synthèse de l'acide citrique, de l'acide itaconique et d'autres acides organiques pour des applications industrielles.
• Production de métabolites secondaires : Utilisé dans la biosynthèse de métabolites importants comme les antibiotiques (par exemple, la pénicilline, la lovastatine).
• Bioremédiation : Les champignons filamenteux peuvent dégrader les composés toxiques, jouant un rôle dans les efforts de nettoyage de l'environnement.

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