Lipopeptides production by Bacillus subtilis in rotating discs bioreactor

La souche de Bacillus subtilis ATCC 21332 produit deux familles de lipopeptides (les surfactines et les fengycines/plipastatines) qui présentent des propriétés biologiques d’intérêt. La productivité des procédés fermentaires en mode continu ou discontinu et leur extrapolation à grande échelle est limitée par des problèmes cinétiques et technologiques notamment par le transfert d’oxygène et la formation massive de mousse. Le travail réalisé porte sur la mise en œuvre d’un procédé innovant permettant la production de lipopeptides sans mousse et sur l’extraction des molécules à partir du milieu de fermentation. Après des travaux concernant l’amélioration de la production des lipopeptides par des cellules de B. subtilis immobilisées sur des supports solides, un bioréacteur à disques tournants permettant la production importante et sélective de lipopeptides a été mis en œuvre. Des concentrations de plus de 1 g L-1 de lipopeptides ont été obtenues lors des fermentations. Le transfert d’oxygène, facteur limitant primordial de ce métabolisme chez B. subtilis, a été étudié. Il a été fortement affecté par l’agitation pour toutes les configurations du bioréacteur étudiées. Pour des KLa se situant entre 0,001 et 0,003 s-1, le métabolisme est orienté vers la synthèse de fengycines qui représentent jusqu’à 80 % des lipopeptides synthétisés. La productivité en fengycine particulièrement intéressante et la simplicité de la mise en œuvre du bioréacteur permet d’envisager une extrapolation de la production à l’échelle industrielle. Simultanément à la production, des études concernant l’extraction des lipopeptides par pertraction dans un contacteur à disques tournants ont été entreprises. Les résultats obtenus sur l’extraction de la surfactine montrent le potentiel de cette technique séparative pour la récupération des lipopeptides à partir de leur milieu de fermentation.Bacillus subtilis ATCC 21332 produces two families of lipopeptides (surfactins and fengycins/plipastatins) with different biological properties of interest. The productivity of fermentation process in batch or continuous conditions and bioreactors scale-up are limited by the problems of oxygen transfer limitation and foaming. This work presents a novel process of non-foaming production of lipopeptides in a rotating discs bioreactor and pertraction studies on the recovery of lipopeptides from fermentation broth. The improving production of lipopeptides by B. subtilis immobilized on solid supports enabled the implementation of an original bubbleless bioreactor for a selective production of lipopeptides. More than 1 g L-1 of lipopeptides was produced in this new rotating discs bioreactor. The oxygen transfer, a key factor for the metabolism of B. subtilis, was studied, also. In every studied configuration of bioreactor, the transfer of oxygen was strongly affected by the agitation conditions. At KLa in the range of 0.001-0.003 s-1, mainly fengycin was produced (up to 80% of total lipopeptides). The obtained high fengycin selectivity and the simplicity of the implementation of the rotating discs bioreactor suggest its potential scale-up. The extraction of lipopeptides by pertraction in a rotating discs contactor was studied, also. The obtained results on surfactin recovery by pertraction allow to consider this technique as suitable for lipopeptides extraction from fermentation broth