Production de PHB en mode fed-batch à partir de glycérol à l'aide du fermenteur-bioréacteur LAMBDA Minifor.

Le polyhydroxybutyrate (PHB) est un bioplastique biodégradable produit intracellulairement par de nombreuses espèces bactériennes en présence d'un excès de carbone et en milieu pauvre en azote. Grâce à sa biodégradabilité et à ses propriétés comparables à celles des plastiques conventionnels, le PHB est largement étudié comme alternative durable aux polymères dérivés du pétrole.

Dans une étude récente menée à l'Universidad Autónoma Metropolitana (Mexique), des chercheurs ont étudié la production de PHB à partir de glycérol, un sous-produit majeur de la production de biodiesel, par fermentation fed-batch contrôlée. L'objectif était d'évaluer les performances de production de PHB dans des conditions de procédé bien définies et reproductibles. Pour garantir une culture stable et un contrôle environnemental précis, les expériences ont été réalisées à l'aide du fermenteur de laboratoire LAMBDA Minifor. 

Référence : León Santiesteban, HH, Aguirre Aguilar, J., Beltrán, D. Á., Contreras Larios, JL, Reyes Chilpa, R., García Martínez, JC, & González Brambila, MM (2026). Production de bioplastiques dans le cadre d'une économie circulaire avec du glycérol et du lactosérum. Catalysts, 16(2), 178. doi.org/10.3390/catal16020178

Utilisation du fermenteur LAMBDA Minifor

Le fermenteur LAMBDA Minifor a été utilisé comme bioréacteur principal pour la culture de Bacillus megaterium et de Bacillus subtilis, deux micro-organismes connus pour leur production de PHB. Chaque souche a été cultivée séparément dans des conditions de fermentation en mode fed-batch identiques, permettant une comparaison directe des performances de production de PHB. Le Minifor a permis un contrôle stable et reproductible des principaux paramètres de fermentation, notamment :

• Contrôle de la température à 30 °C

• Culture aérobie continue

• Mélange doux pour maintenir des conditions homogènes

• Fermentation en batch de longue durée, jusqu'à 180 heures

• Fonctionnement sous un rapport carbone/azote (C:N) élevé, favorisant l'accumulation intracellulaire de PHB

Ces conditions contrôlées sont essentielles pour l'étude de la production de bioplastiques, car la synthèse de PHB se produit principalement lorsque la croissance microbienne ralentit et que l'excès de carbone est redirigé vers le stockage du polymère.

Méthode de fermentation

La fermentation en mode fed-batch a été réalisée à l'aide du fermenteur de laboratoire LAMBDA Minifor d'un volume utile d'environ 1,7 L. Le milieu de culture contenait :

• Glycérol et glucose comme sources de carbone

• Sulfate d'ammonium comme source d'azote limitante

• Un rapport C:N élevé (~210–220:1) pour induire la synthèse de PHB

La culture a été effectuée dans des conditions aérobies contrôlées à 30 °C. Des fermentations séparées ont été réalisées avec Bacillus megaterium et Bacillus subtilis. Des expériences complémentaires ont été menées avec et sans oligo-éléments dans le milieu. La limitation des oligo-éléments a augmenté le stress métabolique, favorisant la production intracellulaire de PHB plutôt que la croissance continue de la biomasse. Des échantillons ont été prélevés pendant la fermentation pour suivre :

• Concentration de biomasse
• Consommation du substrat
• Production de PHB

Bacillus megaterium a présenté la productivité la plus élevée, atteignant des concentrations de PHB d'environ 3,1 g L⁻¹. L'accumulation de PHB s'est produite principalement durant la phase stationnaire, lorsque la croissance microbienne a ralenti et que le carbone a été réorienté vers la synthèse de polymères. Bacillus subtilis a également produit du PHB dans les mêmes conditions de fermentation en mode fed-batch, mais à des concentrations plus faibles. Dans les deux cas, la synthèse de PHB a augmenté une fois la croissance de la biomasse active ralentie. La limitation en oligo-éléments a accru la production de PHB chez les deux souches en favorisant l'accumulation intracellulaire de polymères plutôt que la formation de biomasse. Ceci souligne l'importance d'une limitation contrôlée des nutriments et de conditions de procédé stables pour une production efficace de biopolymères intracellulaires.

Conclusion

Le fermenteur de laboratoire LAMBDA Minifor fournit une plateforme fiable pour :

• Production de PHB en mode fed-batch
• Recherche sur les bioplastiques
• Études de fermentation microbienne

Sa capacité à maintenir une température, une aération et un mélange stables sur des périodes de culture prolongées permet des résultats reproductibles et comparables entre les expériences. Ce système est particulièrement adapté au développement de procédés où un contrôle précis de la limitation des nutriments et la reproductibilité sont essentiels. Applications :

• Recherche sur le PHB et les bioplastiques
• Développement de procédés de fermentation en mode fed-batch
• Évaluation des souches microbiennes
• Optimisation des bioprocédés à l'échelle du laboratoire