Abstract :
[en] Scale-down technology allows to simulate heterogeneities created in an industrial reactor at a laboratory scale. In this kind of bioreactor, fed-batch production of Saccharomyces cerevisiae on glucose induces the apparition of the scale-down effect. It means a decrease in biomass synthesis and an increase in ethanol production as time of culture in comparison with an ideal bioreactor where the mixing operation is perfect.
In a recent study, FERIA-GERVASIO et al., (2008) notice that ethanol production is delayed on behalf biomass synthesis when a glucose pulse occurs in a chemostat glucose/oleic acid. The goal of this work is to study the modulation of the scale-down effect by the presence of oleic acid in a fed-batch production of Saccharomyces cerevisiae (boulardii).
The methodology is separated in three parts:
- development of a yeast conditioning protocol with oleic acid
- yeast production with a mixed substrate composed of glucose and oleic acid in a scale-down reactor
- computer simulation of glucose gradients experienced by yeast during their displacement in the bioreactor
In addition to the measurements performed to describe growth kinetic of yeast on this mixed substrate, an original phenotypic analysis of yeast has been achieved throughout each culture thanks to flow cytometry.
At the end of this work, vacuoles staining with fluoro-isothiocyanate has revealed the induction of peroxisomes infered during the yeast conditioning by flow cytometry. Then, it was demonstrated that in a culture in a scale-down reactor preceded by the conditioning, oleic acid naturally reduces ethanol production for the benefit of the biomass synthesis in comparison with a yeast cultivated on glucose only in scale-down reactors. Flow cytometry has not identified a negative influence of oleic acid on cell viability. Finally, simulation of glucose gradients experienced by yeast in the scale-down reactor with oleic acid has demonstrated that yeast feel important extracellular fluctuations in the recycle loop.
[fr] La technologie scale-down permet de reproduire à l'échelle du laboratoire les hétérogénéités générées par les réacteurs de taille industrielle. Dans ce type de bioréacteur, la production fed-batch de Saccharomyces cerevisiae sur glucose induit l'apparition de l'effet scale-down. Il s'agit d'une diminution de la synthèse de biomasse au profit de la production d'éthanol ainsi qu'une augmentation de la durée de culture par rapport à un réacteur de référence dans lequel l'opération de mélange est parfaite.
Dans une étude récente, FERIA-GERVASIO et al., (2008) observent qu'en présence d'un substrat mixte composé de glucose et d'acide oléique, la production d'éthanol est retardée au profit de la synthèse de biomasse suite à un pulse de glucose dans un chémostat en limitation glucose. L'idée de ce travail de fin d'étude est d'observer l'impact de l'acide oléique sur l'effet scale-down dans une production fed-batch de Saccharomyces cerevisiae (boulardii).
La méthodologie est répartie en 3 volets:
- la mise au point d'un protocole de conditionnement des levures à l'acide oléique
- la production fed-batch de levure à partir d'un substrat mixte composé de glucose et d'acide oléique en réacteur scale-down
- la modélisation informatique des gradients de glucose ressentis par les levures au cours de leurs déplacements dans le réacteur
Outre l'étude de la cinétique de croissance des levures, une analyse phénotypique originale des levures a été réalisée au cours de chaque culture grâce à la cytométrie en flux.
Au terme de ce travail, la coloration des vacuoles au fluoro-isothiocyanate a permis d'observer indirectement l'induction des peroxysomes inférée par le conditionnement des levures grâce à la cytométrie en flux. Ensuite, il a été démontré que dans une culture en réacteur scale-down précédée d'un conditionnement, l'acide oléique atténuait naturellement la production d'éthanol au profit de la synthèse de biomasse par rapport à une levure cultivée sur glucose en réacteur scale-down. La cytométrie en flux n'a pas recensée une influence négative de l'acide oléique sur la viabilité cellulaire des levures. Finalement, la simulation des gradients de glucose éprouvés par les levures dans le réacteur scale-down avec acide oléique a démontré que les levures font face à des fluctuations importantes de substrat dans la boucle de recirculation.
