Optimisation de la production d'acide lactique par voie fermentaire : description du processus à l'aide de modèles non structurés
Institution:
Rennes 1Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Au cours de la fermentation lactique en discontinu ou en continu, la préculture se fait généralement à pH libre tandis que la culture se fait à pH régulé, et ce pour éviter une inhibition par l’acide formé. Dans ce travail, de nouveaux modèles mathématiques ont été développés pour décrire la croissance et la production d'acide lactique. Le modèle de Luedeking-Piret a été modifié en introduisant, d'une part, l'effet inhibiteur de l'acide lactique non dissocié dans le cas de la préculture. Pour la croissance, le modèle de Verlhust a été utilisé dans ce travail. Le modèle développé décrit correctement les résultats expérimentaux jusqu'à la fin de la fermentation. D'autre part, afin de rendre compte d’une limitation nutritionnelle, ce qui est le cas lors de l’étape de culture (à pH régulé) un second modèle a été développé en introduisant la concentration résiduelle en substrat carboné. Pour éviter l'utilisation des deux modèles précités, deux modèles généralisés ont été développés qui tiennent compte à la fois de l'effet inhibiteur de l'acide lactique non dissocié et des limitations nutritionnelles. Ces modèles décrivent bien les résultats expérimentaux à pH libre et à pH régulé. Ces modèles ont été appliqués avec succès au cas d'un bioréacteur biétagé en continu.
Abstract FR:
During lactic acid fermentation in batch and continuous culture using Lactobacillus helveticus, seed culture is usually carried out without pH control, while culture is carried out at pH controlled at the optimal value to overcome inhibitory effects. In this study, novel mathematical models are set up to describe lactic acid production in batch and continuous fermentation. The Luedeking-Piret expression was therefore previously modified by introducing additional terms involving the undissociated form of the lactic acid, the main inhibitory species, in case of batch cultures without pH control. To describe growth, the Verlhust model which proved to describe satisfactory growth kinetics was considered. The model was found to match both experimental growth and production data. Another model was also developed involving the residual lactose concentration to account for carbon substrate limitation, responsible for cessation of production during batch cultures of Lactobacillus helveticus at controlled pH. This model matched experimental data accurately. Two generalized models were then deduced from the above expressions. The results obtained show that the generalized models gave a satisfactory description of experimental data in various culture conditions, since they were validated during cultures at pH control and in absence of pH control, as well as for different nitrogen supplementation of culture media. Both models, as well as the Luedeking-Piret model, were developed to describe successfully continuous two-stage culture of L. Helveticus