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Lextrapolation des bioreacteurs un probl

L'extrapolation des bioréacteurs un problème de génie des procédés ou de physiologie microbienne Frank Delvigne ? Jacqueline Destain Alison Brognaux Tambi Kar Annick Lejeune Philippe Thonart Université de Liège Gembloux Agro-Bio Tech Unité de Bio-industries CWBI Passage des Déportés Gembloux Belgium ? Correspondance Université de Liège Gembloux Agro-Bio Tech Unité de Bioindustries CWBI Passage des Déportés Gembloux Belgium Tel Fax email F Delvigne ulg ac be Abstract Bioreactor scale-up chemical engineering and microbial physiology issues Bioreactor scale-up often pose a serious issue during the industrial development of a bioprocess considering the numerous physical and biological phenomena occurring in the reacting volume The basic principles of scale-up coming from the traditional chemical and process engineering approaches will be ?rst reviewed and will be then compared to a new one involving recent development at the level of microbial strain manipulation This physiological approach of scale-up involves directly a biological component of the system by comparison with the traditional approach for scaling-up involving physical parameters indirectly linked to the physiological phenomena occurring in the bioreactor i e the synthesis of a reporter uorescent protein when microbial cells are exposed to stress It will be shown how this principle can be used for a better understanding of the relationship between bioreactor hydrodynamics and microbial stress Keywords scale-up mixing microbial stress reporter gene ow cytometry Principes de base de l'extrapolation et proposition d'une méthodologie avancée dans le cas des bioprocédés L'extrapolation d'un bioprocédé est une étape critique qui garantit la viabilité économique du bioproduit visé Elle consiste à augmenter le volume du bioréacteur a ?n d'atteindre une productivité su ?sante et ce en maintenant autant que possible les rendements obtenus lors des tests en laboratoire ou à l'échelle pilote Pour la plupart des produits biotechnologiques antibiotiques alcools acides organiques acides aminés enzymes probiotiques un procédé viable n'est atteint que pour des volumes de bioréacteur de quelques centaines de milliers de litres Ces volumes permettent de satisfaire une demande de marché importante de à tonnes an pour des produits de faible valeur ajoutée de à euros kg A côté de ces bioproduits de faible valeur ajoutée les produits biotechnologiques plus ?ns vaccins protéines recombinantes thérapeutiques ? permettent d'atteindre des valeurs ajoutées signi ?cativement plus importantes de l'ordre de à euros kg Par contre leur demande mondiale est nettement moindre de à kg an et leur développement ne nécessite donc pas une étape d'extrapolation importante Ces procédés à haute valeur ajoutée requièrent des volumes de culture industriels plus modestes de l'ordre de quelques dizaines de mètres cubes et peuvent mettre en ?uvre des cultures microbiennes ou des cultures cellulaires cellules animales végétales d'insecte ? Dans ce travail nous développerons plus en Cdétail les processus d'extrapolation pour des bioproduits d'origine microbienne c'est-à-dire issus de bactéries de levures ou de moisissures L'extrapolation des bioprocédés peut être abordée de di ?érentes manières comme montré à la ?gure La première approche est celle du génie chimique ?gure A et consiste à calculer la variation de paramètres de l'opération de mélange comme