Chapitre 7 Génie biologique. Les fermentations dégradent des substrats à l’abri de l’air (anaérobiose) et dégagent peu d’énergie. Conservation des aliments.

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1 Chapitre 7 Génie biologique

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3 Les fermentations dégradent des substrats à l’abri de l’air (anaérobiose) et dégagent peu d’énergie. Conservation des aliments Transformation d’aliments en améliorant leurs qualités nutritionnelles. Synthèse de produits non alimentaires. production de vin (-6 100 au Proche-Orient) -15 000 Proche-Orient, culture des céréales. -3 500 Europe, premiers pains. I er siècle, les romains ont remplacé les traditionnelles bouillie et galettes par du pain levé. Vème millénaire, en Europe. (lait caillé) Biocarburant PLAN 3 yaourt, fromages, saucisson, choucroute, cacao, thé,...

4 1 mole de glucose est oxydée en 2 moles de lactate. PLAN 4 CH 2 OH O OH COO - C O CH 2 OH COO - CHOH CH 2 OH Lactate Elle intervient dans l'élaboration des yaourts, des laits fermentés, des saucissons, de la choucroute, du levain pour le pain, de certains fromages. Homolactique: lactate majoritaire. Hétérolactique: présence d’autres produits (éthanol, ac éthanoïque, CO 2,...) Microorganismes utilisés: - Bactéries homo-fermentaires -----> Lactococcus, Lactobacillus et Streptococcus - Bactéries hétéro-fermentaires -----> Leuconostoc, certains lactobacillus.

5 Cas de la fermentation malolactique. COO - C O CH 2 OH COO - CHOH CH 2 OH Lactate Elle est essentielle à l’élaboration des vins rouges dont on veut éliminer l’acidité. En revanche on l’évite pour les vins blancs chez qui on la conserve. Microorganismes utilisés: - Oenococcus oeni. Dégradation de l’acide malique qui donne de l’acidité au vin. COO - CHOH CH 2 OH COO - Malate + CO 2 CH 2 OH O OH PLAN 5

6 1 mole de glucose est oxydée en 2 moles d’éthanol. CH 2 OH O OH COO - C O CH 2 OH CH 3 CH 2 OH Ethanol Concentration maximale en alcool = 15% du volume. Plus fort, l’alcool devient létal. Microorganismes utilisés: - Levures: saccharomyces cerevisae, Candida utilis. + CO 2 malt = orge germé -----> bière orge -----> whisky écossais maïs -----> whisky canadien Les eaux de vie proviennent de fruits à pépins ou à noyaux (prune, cerise, pomme, poire,...) Une trop forte concentration de glucose inhibe la fermentation alcoolique (C < 100 g.L -1 ). Les plantes contiennent peu de glucose sous forme soluble. PLAN 6

7 1 mole d’éthanol est dégradée en acide éthanoïque. CH 3 CH 2 OH Ethanol C'est à Louis Pasteur (1808-1873) que nous devons la découverte de la nature biochimique du processus de formation du vinaigre. A partir de 1865, sur la base des recherches de Pasteur, la production industrielle de vinaigre a connu un grand essor. La bactérie du vinaigre "acétobacter" se développe dans le vin non bouché. Les petites mouches qui sont fortement attirées par le vin placé à l'air libre et qu'on appelle mouches du vinaigre (drosophiles) véhiculent l'acétobacter. Les bactéries de l'acide acétique forment une couche à la surface que l'on appelle la mère du vinaigre. L'acétobacter utilise pour vivre l'énergie libérée par l'oxydation. Les processus qui ont lieu en présence d'oxygène de l'air sont dits aérobies. Toute solution alcoolique diluée peut donner de l'acide acétique ; dans ce cas le taux d'alcool correspond à la quantité d'acide acétique qui résultera de la transformation. Microorganismes utilisés: - Bactérie: acétobacter. + 2. CO 2 CH 3 COOH ac éthanoïque PLAN 7

8 Microorganismes utilisés: - Bactérie: Propionibacterium. + 2. CO 2 + H 2 ac propionique PLAN 8 CH 2 OH O OH CH 3 COOH ac éthanoïque CH 3 CH 2 COOH L'acide propionique (ou propanoïque) et l'acide éthanoïque sont responsables de la flaveur des fromages à pâte cuite et le gaz carbonique responsable de l'ouverture de ces fromages (Comté, Gruyère et Emmental).

9 Microorganismes utilisés: - Bactérie: Clostridium butyricum + 2. CO 2 + 2. H 2 ac butanoïque PLAN 9 L'acide butyrique est responsable de l'odeur putride et du goût piquant de certains fromages à pâte cuite. COO - CHOH CH 2 OH Lactate CH 3 CH 2 COOH

10 PLAN 10 Trois procédés : - On extrait de la betterave à sucre ou de la canne à sucre, des jus sucrés que l'on fait fermenter. - On extrait des matières amylacées (amidon...) de céréales (froment, maïs). Ces matières sont hydrolysées en milieu acide pour obtenir du glucose que l'on fait fermenter. - D’un point de vue chimique on peut, dans des conditions très particulières, parvenir à transformer du bois (matières ligno-cellulosiques) en sucres fermentiscibles, comme le fait par exemple la Suède. Cette technique est encore sujet de recherches. Le biocarburant est l’éthanol Actuellement, la production de biocarburant est plus polluante et plus nuisible que la consommation de pétrole La production de céréale consomme de l’eau et de l’essence. Les techniques de production produisent du méthane qui est un gaz à effet de serre. Les techniques de stockage provoquent des déperditions de CO 2 et de méthane dans l’atmosphère. Il semble plus prometteur de produire le carburant par des algues unicellulaires transformées par génie génétique. Une affaire à suivre !

11 PLAN 11 Une industrie des polymères dégradables se développe dans l'optique d'un développement durable, à partir de monomères ou de synthons obtenus par fermentation. On prépare ainsi les polymères : - PLA, poly(lactide) utilisé notamment en chirurgie pour des implants. Le polymère qui se déforme dès 50°C, est dégradable dans l'organisme par hydrolyse des fonctions esters, les métabolites naturels étant l'acide lactique et l'acide glycolique, le terme ultime de la dégradation étant CO 2 et H 2 O. Le monomère est l'acide lactique obtenu par fermentation lactique du D-glucose issu de l'amidon de maïs. - SORONA ®, polyester obtenu par polymérisation du propane-1,3-diol (ou PDO) avec l'acide téréphtalique ou TPA, est utilisé pour fabriquer des pièces d'automobiles ou des textiles de hautes performances. On l'utilise aussi en cosmétologie. On peut produire le PDO à partir du glucose (obtenu souvent à partir de l'amidon de maïs) fermenté par une bactérie (non pathogène) génétiquement modifiée. On peut aussi l'obtenir par fermentation du glycérol industriel non raffiné (sous-produit de la production industrielle de biodiesel) suivie d'une étape de purification. Le PDO est un synthon à 3 carbones, base de départ de nombreuses synthèses.

12 PLAN 12 Une industrie des polymères dégradables se développe dans l'optique d'un développement durable, à partir de monomères ou de synthons obtenus par fermentation. On prépare ainsi les polymères : - PBS (PolyButylène Succinate : Acide succinique et butanediol) et PBSA ( PolyButylène Succinate Adipate : Acide succinique, acide adipique et butanediol ). Ce sont des polyesters biodégradables obtenus à partir de l'acide succinique, qu'on peut produire à partir du glucose (provenant de l'amidon de blé, de maïs ou de résidus ligno-cellulosiques ou provenant des sucres de la canne à sucre ou de la betterave) par métabolisme bactérien (fermentation). Les principales bactéries utilisées sont Actinobacillus succinogenes, Mannheimia succiniproducens mais aussi Escherichia Coli. L'acide succinique est un synthon à 4 carbones, base de départ de nombreuses synthèses.