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L’utilisation des bioréacteurs pour la production d’ingrédients alimentaires est en plein essor. Ces procédés permettent de créer un environnement contrôlé et adapté aux besoins spécifiques de chaque microorganisme, tout en minimisant l’impact environnemental. Cependant, leur mise en oeuvre optimale nécessite la maîtrise de nombreux concepts scientifiques liés aux bilans de matière et de chaleur, à la thermodynamique, à la cinétique microbienne, aux techniques d’extrapolation et d’agitation, ainsi qu’à l’analyse technico-économique des procédés.
Mise en oeuvre des bioréacteurs dans le domaine des industries agroalimentaires analyse de manière à la fois exhaustive et précise l’ensemble de ces concepts et les rend accessibles aux étudiants, aux chercheurs et aux professionnels. Cet ouvrage présente d’abord les fondamentaux de l’ingénierie des bioréacteurs. Cette connaissance est essentielle pour maîtriser les processus biologiques et physico-chimiques qui ont lieu dans les bioréacteurs. Puis, il expose des illustrations de l’utilisation des bioréacteurs pour la production de plusieurs ingrédients et métabolites d’intérêt.
Partie 1. Les fondamentaux de l’ingénierie des fermenteurs et des photobioréacteurs
Partie 2. Illustration de mise en oeuvre des bioréacteurs dans les industries agroalimentaires
Mohamed Ghoul
Mohamed Ghoul, professeur et chercheur en génie des procédés à l’Université de Lorraine, est spécialisé dans la mise en oeuvre, la modélisation et l’optimisation des bioprocédés.
Chapitre 1
Principes de l’ingénierie des fermenteurs (pages : 15-78)
Ce chapitre présente les bases de l’ingénierie des bioréacteurs : bilans matière et énergie, cinétique microbienne, transfert d’oxygène et techniques d’agitation. Il explique comment ces paramètres influencent la croissance microbienne et la production de métabolites, nécessitant souvent des compromis pour optimiser le fonctionnement du bioréacteur.
Chapitre 2
Mise en oeuvre des fermenteurs : principe et optimisation (pages : 79-136)
L’optimisation des procédés de fermentation dépend de nombreux facteurs comme le type de microorganisme, ses caractéristiques cinétiques et le contexte industriel. Ce chapitre analyse les modes de fonctionnement (batch, continu, fed-batch) et les paramètres à ajuster pour une mise en œuvre efficace du fermenteur.
Chapitre 3
Ingénierie des photobioréacteurs (pages : 137-158)
Ce chapitre compare les systèmes de culture de microalgues : les raceways (ouverts, économiques mais moins performants) et les photobioréacteurs (fermés, coûteux mais plus efficaces). Il examine leur utilisation dans la production de métabolites pour l’industrie agroalimentaire.
Chapitre 4
Hydrodynamique et mélange des bioréacteurs (pages : 159-195)
L’usage de bioréacteurs agités améliore la culture des microorganismes, mais nécessite de comprendre l’impact de l’agitation sur leur croissance. Le chapitre traite des phénomènes de mélange aux échelles micro et macro, notamment en régimes monophasique et polyphasique.
Chapitre 5
Extrapolation des bioréacteurs (pages : 197-214)
L’extrapolation d’un bioréacteur vise à minimiser les effets du changement d’échelle. Ce chapitre aborde les stratégies de montée ou réduction d’échelle, en se basant sur la géométrie et des paramètres comme l’agitation et l’aération, en tenant compte des contraintes du procédé.
Chapitre 6
Production de boissons fermentées : cas de la bière (pages : 219-245)
La production de bière, boisson ancestrale, repose sur un procédé complexe mêlant paramètres physiques, biologiques et opératoires. Ce chapitre fait le point sur la production et la sélection de microorganismes, en abordant les tendances actuelles comme l’usage de levures non conventionnelles.
Chapitre 7
Production de biomasse et de bioactifs par les microalgues (pages : 247-272)
Les microalgues, riches en composés bioactifs, suscitent un intérêt croissant dans les domaines alimentaires et biotechnologiques. Ce chapitre expose les conditions de culture pour maximiser la production de métabolites recherchés, et l’évolution du marché.
Chapitre 8
Optimisation économique et environnementale des procédés de fermentation (pages : 273-301)
L’optimisation des fermentations doit considérer l’ensemble du procédé, y compris les étapes amont et aval. Ce chapitre introduit une méthodologie d’évaluation des coûts et impacts environnementaux, illustrée par la production d’éthanol et d’acide glutamique.
