FINAL - Cours 12: Microbiologie Industrielle et Environnementale

Question 1

Nommez quelques domaines d’activité de la microbiologie industrielle

Answer 1

• Agro-alimentaire
- Saveurs, arômes, émulsifiants, fermentations, fromage, yaourts, acidifiants, pain,…

• Industrie pharmaceutique et nutraceutique
- Antibiotiques, vitamines, insuline, pré-et probiotiques,…

• Agriculture, horticulture et foresterie
- Biopesticides, biofertilisants, biostimulents,…

• Énergie
- Biodiesel, bioéthanol, biogaz,…

• Environnement
- Bioremétaon des sols pollués, traitements des eaux usées,…

• Chimie
- Production de solvants, enzymes, etc…

Question 2

Expliquez l’histoire de la microbiologie industrielle

Quand est-ce que l’homme à exploité les microorganismes à grande échelle?

Comment?

Answer 2

• L’Homme a exploité les microorganismes à grande échelle depuis le Néolithique (⍨8000 ans av J.C.) quand il a fondé l’agriculture et l’élevage

COMMENT?
• Fermentations des sucres en alcools (vins et bières)
• Caillé du lait et fromages

Question 3

Expliquez le principe de la microbiologie industrielle

Answer 3

Principes

• Utilisation des microorganismes à l’échelle industrielle pour:

• Transformation et/ou la conversion des aliments
• Synthèses des produits
• Production en masse des microoganismes

*Substrats, matières premières –> microorganismes, enzymes, milieux de cultures –> produits finis et microorganismes (probiotiques)

Question 4

es bioréacteurs et fermenteurs industriels s’opèrent principalement selon trois modes, lesquels?

Answer 4

• Culture discontinue (Batch)
• Culture continue (Fed-batch)
• En perfusion (Perfusion batch)

Question 5

Quelle est la capacité d’un bioréacteur de production?

Answer 5

> 1 m^3

Question 6

Expliquez la culture discontinue (principe + paramètres)

Answer 6

• Production en masse des microorganismes à haute densité et à grande échelle
• Les paramètres physico-chimiques contrôlés:
• Température
• pH
• Oxygène, CO2
• Agitation

Question 7

V OU F?

La capacité d’un bioréacteur peut atteindre 140 L

Answer 7

FAUX

La capacité d’un bioréacteur peut atteindre 140 000 L

Question 8

Quelles sont les 3 étapes de productions (la capacité croissante) d’un bioréacteur/fermenteur en culture discontinue?

Answer 8

1- Essais laboratoires
2- Essais pilotes
3- Production

Question 9

Expliquez la culture continue

Answer 9

1. Cell culture bag
2. Transfer of the cell culture + oxygen and culture medium addition
3. Bioreactor
4. Production (nutriment addition)
5. Centrifuge
6. Harvest tank

Question 10

Expliquez la culture en mode de perfusion

Answer 10

1. Medium tank
2. Bioreactor: culture medium + oxygent
3. Harvest tank : harvest containing drug substance

Question 11

Qu’est-ce qu’un ferment lactique?

Answer 11

Groupe de bactéries capable de fermenter les glucides en produisant de l’acide lactique

Question 12

Quels sont les 2 catégories de fermentations lactiques?

Answer 12

1• Fermentation homolactique est réalisée par des bactéries homofermentaires et produit uniquement (ou plus de 90%) de l’acide lactique

2• Fermentation hétérolactique est réalisée par des bactéries hétérofermentaires et produit en plus de l’acide lactique, le CO2, l’éthanol et d’autres acides (ex. acide acétique)

Question 13

Expliquez la diversité des ferments lactiques

Answer 13

• Bactéries Gram+, anaérobies partiellement tolérantes à l’oxygène (aérotolérantes)
• Métabolisme fermentatif (absence de cytochromes)
• En général, elles sont des bactéries non sporulantes et immobiles
• Formes de coques, de bâtonnets et de chaînettes
• Habitat: sols, débris végétaux, muqueuses animales, lait, tubes digestifs des animaux

Question 14

Nommez les 2 genres de bactéries lactiques étudiées dans le cadre de ce cours

Answer 14

1. De la famille des Lactobacillaceae –> GENRE Lactobacillus
2. De la famille des Bifidobacteriaceae –> GENRE Bifidobacterium

Question 15

Donnez 3 caractéristique du genre lactobacillus

Answer 15

• Bacilles groupés en chaînettes
• Pouvoir acidifiant du lait (pH = 3,5)

• Contient 3 groupes selon le
métabolisme, la forme, et la génétique (Groupe I, Groupe II et Groupe III)

Question 16

Expliquez les 3 groupes de lactobacillus selon leur cellules, fermentation et produits

Answer 16

Groupe I :

• Cellules: Longues en palissades
• Fermentation: Homofermentaires
• Produits: Lactate

Groupe II: 
- Cellules: Courtes en filaments
- Fermentation: Homofermentaires (hexoses) et Hétérofermentaires (pentoses)
- Produits: 
Lactate 
Lactate+acétate+CO2

Groupe III: 
- Cellules: Courtes séparées
- Fermentation: Hétérofermentaires 
- Produits: 
Lactate+acétate ou étanole+CO2

VOIR les noms des espèces selon leur groupes sur diapos

Question 17

Donnez 7 caractéristique du genre Bifidobacterium

Answer 17

1• Actinobactéries

2• Forme très variable:
(coccoïde, allongée avec bifurcations)

3• Arrangement en chaînettes
ressemblant à des filaments

4• Produisant: acide acétique, acide lactique, acide formique, éthanol et acide succinique

5• Anaérobies stricts

6• Mésophiles

7• Ne tolèrent par un pH<4,5

VOIR les espèces sur diapos

Question 18

Nommez les 4 types d’application biotechnologiques des ferments lactiques

Answer 18

• Transformation d’aliments
• Biopréservation
• Fabrication d’additifs
• Probiotiques

Question 19

Expliquez la fabrication du yaourt

Answer 19

1- Préparation du lait
• Standardisation
• Homogénéisation
• Pasteurisation
• Enrichissement
• Refroidissement 42-44°C

2- Ensemencement avec Lactobacillus delbruckii s-sp. bulgaricus et Streptococcus thermophiles
•L. Delbruckii s-sp. bulgaricus (acidité: lactose est transformé en acide lactique)
•S. thermophiles (arômes)

3. Les procédés de fabrication sont adaptés selon la texture du yaourt: ferme, liquide, brassé

Question 20

Comment adapte-t-on le processus de fabrication de yaourt afin d’obtenir un yaourt ferme?

Answer 20

• Conditionné en pot à l’étude 42°C pendant 3 heures

* Coagulation: l’acide lactique produit par Lactobacillus modifie la structure de la caséine qui forme un caillé

Question 21

Comment adapte-t-on le processus de fabrication de yaourt afin d’obtenir un yaourt brassé et liquide?

Answer 21

• La coagulation se fait dans une cuve
• Le caillé est brassé mécaniquement, refroidi et conditionné en pots qui seront conservés en chambre froide
• Le yaourt liquide est produit avec le yaourt brassé qui est battu dans les cuves avant le conditionnement

Question 22

Expliquez l’élaboration du yaourt

Answer 22

• Coopération entre L. delbruckii s-sp. bulgaricus et S. thermophilus
• Rapport de concentration des 2 souches pour un bon yaourt est: 1/1

• Si prédominance de L.
delbruckii s-sp. bulgaricus
le yaourt et trop acide; si
prédominance S.
thermophiles le yaourt est
sans arômes

Question 23

Nommez d’autres applications de la fermentation lactique

Answer 23

• Choucroute (Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus)
• Autres légumes : concombres, olives…
• Pains au levain: (Lactobacillus, Leuconostoc, S. thermophiles)
• Charcuterie (Lactobacillus sakei, Leuconostoc mesenteroïdes, L. curvatus)

Question 24

Expliquez la fabrication des additifs (bioproduits)

Answer 24

1 • Acide lactique par L. delbruckii s-sp. bulgaricus immobilisé dans des billes d’alginate pendant 6 jours (rendement de 90%)

2• Production annuelle est de 40 K tons

3• Application dans les industries de:

• Agro-alimentaire: additive acidifiant E270, exhausteur de gout, antioxidant.
• Pharmaceutique et cosmérique
• Solvant utilisé dans la fabrication du cuir, textiles et plastique.

Question 25

Expliquez les étapes de fabrication du fromage

Answer 25

1• Caillage du lait par des ferments lactiques et du présure (enzyme protéolytique = chymosine isolés de l’estomac du veau) 2• Moulage du caillé 3• Égouttage 4• Salage 5• Affinage

Question 26

Nommez les 6 types de fromages

Answer 26

1 - Fromages blancs (= fromages frais) 2 - Pâtes molles à croûte fleurie 3 - Pâtes molles à croûte lavée 4 - Pâtes pressées non cuites 5 - Bleus ou pâtes persillées 6 - Pâtes pressées cuites

Question 27

Expliquez la fabrication des fromages à pâtes molles à croûte fleurie

Answer 27

* Ces fromages sont ensemencés en surface avec des souches de Penicillium camemberti * La pâte est dite molle car le caillé n’a subit ni chauffage, ni pressage

Question 28

V ou F? En ce qui concerne les méthodes de fabrication des fromages : 1• Le caillage est identique pour tous les types de fromages (ferments lactiques et présure) 2• Les techniques du moulage, l’égouttage, le salage, et l’affinage sont très diverses et aboutissent à une très grande variété de fromages 3• Le chlorure de calcium est ajouté dans l’élaboration des fromages à pâte dure

Answer 28

TOUS SONT VRAIS

Question 29

V OU F? Le fromage Roquefort est affiné par l’ensemencement des spores du champignon Penicillium roquefortii lors du moulage du caillé

Answer 29

VRAI

Question 30

Qu'est-ce qu'une bactérie acétique?

Answer 30

Fabrication du vinaigre (acide acétique) à partir d’alcool (éthanol) par l’action des bactéries acétiques qui nécessitent de l’O2 = fermentation aérobie

Question 31

V OU F? En ce qui concerne la fabrication de la mère vinaigre: 1• Un biofilm de bactéries acétiques qui se forme en surface du vinaigre. Pasteur l’a appelé (Mycoderma aceti), mais il s’agit de bactérie de Gluconoacetobacter europaeus (Famille Acetobacteriaceae) ou Acetobacter aceti 2• Consistance gélatineuse mais ferme 3• La mère du vinaire doit flotter pour le bon fonctionnement de l’acétification (nécessité de l’oxygène)

Answer 31

TOUS SONT VRAIS

Question 32

Comment produire du vinaigre en industrie?

Answer 32

1. Bioréacteur à vinaigre sur copeaux de bois Cette technique est appelée méthode Allemande, application à grande échelle et moindre coût 2.Biofilm en interface air- liquide Cette technique est appelée méthode d’Orléans, application à petite échelle pour des vinaigres de qualité: ex. vinaigre balsamique

Question 33

Expliquez la production d'acide aminés

Answer 33

``` Corynebacterium glutamicum (Actinobatérie) est largement utilisée pour la fabrication industrielle d’acide aminé (glutamate, E 620 exhausteur de goût et d’arôme) ```

Question 34

Expliquez l'utilisateur des champignons en biotechnologie

Answer 34

* Les champignons sont majoritairement des décomposeurs de la matière organique * Ce mode de vie, leur a permis de produire une large gamme d’enzymes hydrolytiques (lipases, protéases, oxygénases, péroxydases, cellulases, amylases, etc.) * On trouve aussi beaucoup de ferments (les levures) * Les champignons sont aussi de redoutables pathogènes et agents de pourritures qui causent des pertes considérables VOIRS TABLEAUX SUR DIAPOS

Question 35

V ou F? Utilisation de la moissisure pour produire un vaccin contre l’Hépatite B

Answer 35

FAUX Utilisation de la levure pour produire un vaccin contre l’Hépatite B

Question 36

En ce qui concerne les fertilisants et la nutrition des plantes, nommez les 3 macro-éléments et oligo-éléments essentiels à la croissance végétale

Answer 36

- Macro-éléments essen$els (N-P-K) • Azote (N) • Phosphore (P) • Potassium (K) - Oligo-éléments • Magnésium, Calcium, Soufre, Fer, Zinc, Manganèse, Molybdène, Bore, Iode, Sélénium...

Question 37

Expliquez l'assimilation du phosphore (P) (biofertilisants)

Answer 37

Les mycorhizes arbusculaires jouent un rôle fondamental dans l’assimilation du P aussi pour les formes solubles qu’insolubles

Question 38

Expliquez l'assimilation de l'azote (N) (biofertilisants)

Answer 38

``` 1. Fixation de N2 atmosphérique • Forme symbiotique: - Nodosités avec Rhizobia/Légumineuses - Frankia/Aulnes - Cyanobactéries ``` • Bactéries saprotrophes du sol (forme libre) - Azospirillum: genre d’Alphaprotobacteria avec une quinzaine d’espèces qui fixent le N2 dans la rhizosphère des plantes. - Ex. Azospirillum brasiliense 2. Assimilation de l’azote à partir de la matière organique (formes minérales ou organiques: acides aminés) - Plusieurs groupes de bactéries et champignons décomposent la matière organique en ammonium, nitrate et acides aminés

Question 39

Qu'est-ce que les bactéries phytostimulatrices (PGPR)?

Answer 39

* PGPR est l’acronyme de Plant Growth Promoting Rhizobacteria * Groupe hétérogène de bactéries bénéfique à la croissance et la protection des plantes

Question 40

Expliquez le mécanisme d'action des PGPR

Answer 40

* Solubilisation des minéraux * Production des phytohormones (auxines, cytokinines, gibbérellines, éthylène, acide abscissique) * Phytoprotection