Article pp.121-136 du Vol.24 n°2 (2004)

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ARTICLE ORIGINAL ORIGINAL PAPER

Fermentation du glycérol

chez des Propionibactéries et optimisation de la production d’acide propionique

André Bories¹*, El Hassane Himmi², Jesus J.A. Jauregui³, Carlos Pelayo-Ortiz³, Victor A. Gonzales³

SUMMARY

Glycerol fermentation with Propionibacteria and optimisation of the production of propionic acid

The propionic fermentation has been intensively studied for propionic acid production from carbohydrate feedstocks. Despite various advanced fermentation processes (continuous fermentation, immobilized cells, membrane bioreactor, extractive fermentation,…), poor performances of the propionic fermentation of carbohydrates, in terms of conversion yield to propionic acid and of the level of acetic acid, have limited its development. Glycerol is a substrate that can be fermented by propionic acid-producing micro-organisms, in par- ticular propionibacteria strains. This pathway leads various perspectives for the improvement of the propionic acid production.

The fermentation of glycerol comparatively to glucose was carried out using two propionibacteria strains: P. acidipropionici and P. freudenreichii ssp shermanii.

During batch fermentation of glycerol (20 g/l), the conversion yield reached for P. acidipropionici and P. freudenreichii ssp shermanii, 0.79 and 0.58 mol/mol respectively, were 49% and 45% higher than with glucose (20 g/l). Final concentration of acetic acid was twice lower from 20 g/l glycerol (2 g/l) than from 20 g/l glucose (4g/l) for both strains. Increasing the initial glycerol concentration resulted in a maximal concentration of propionic acid: 42 g/l, with P. acidipropio- nici. The molar ratio : propionic acid / acetic acid with P. acidipropionici, during batch (5.5) and continuous fermentations (88), suggested the hypothesis of the homopropionic behaviour of the glycerol fermentation. Nevertheless, n-propanol and succinic acid, the minor by-products, were formed in higher quantities from glycerol than glucose.

1. Institut National de la Recherche Agronomique, Unité Expérimentale, Pech Rouge, 11430 Gruissan, France.

2. Laboratoire de Microbiologie, Faculté des Sciences de Semlalia, BP S/2390, Marrakech, Maroc.

3. Département de Génie Chimique, Université de Guadalajara, Boulevard M. Garcia Barragan, Guadalajara, Mexique.

* Correspondance : [email protected].

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The immobilization of P. acidipropionici with calcium alginate was carried out for glycerol fermentation. Sequencing batch runs have shown good growth and productivity of propionic acid of the immobilized biomass. The study of the continuous glycerol fermentation, carried out with immobilized cells in an expanded bed fermentor (0.8 l), has shown, for a dilution rate of 0.154 h^-1, a very high productivity of propionic acid (3 g/l.h.) associated to a high yield (0.78 mol/mol).

Glycerol fermentation to propionic acid has given, at once, a high yield, a high propionic acid content, a low acetic acid level and a high productivity. It dem- onstrated fine perpectives of optimisation of propionic acid production by microbial route.

Key words

propionic acid, fermentation, glycerol, propionibacteria, immobilized cells.

RÉSUMÉ

La fermentation du glycérol en acide propionique a été étudiée comparativement à celle du glucose chez deux propionibactéries : P. acidipropionici et P. freudenreichii ssp shermanii. P. acidipropionici a montré un rendement très élevé en acide propionique (0,79 mol/mol) et sa capacité à produire une forte concentration en acide propionique (42 g/l) en fermentation batch. Parallèlement, la très faible production d’acide acétique a été mise en évidence au cours de la fermentation du glycérol. Le ratio molaire acide propionique/acide acétique (P/A) qui est particulièrement élevé au cours de la fermentation du glycérol par P. acidi- propionici : P/A= 88 en fermentation continue et 5,5 en fermentation batch, a sug- géré l’hypothèse de l’orientation homopropionique de la fermentation du glycérol.

L’étude en fermentation continue par cellules immobilisées (alginate de calcium) a permis d’obtenir une très forte productivité en acide propionique (3 g/l.h) avec un rendement de 0,78 mol/mol. Ces très hautes performances soulignent les nouvel- les perspectives d’optimisation de la production d’acide propionique par fermentation.

Mots clés

acide propionique, fermentation, glycérol, propionibactéries, cellules immo- bilisées.

1 – INTRODUCTION

La production d’acide propionique par voie microbienne à partir de ressour- ces renouvelables (agroressources et co-produits) est une alternative à sa syn- thèse à partir de produits pétroliers. Les applications de l’acide propionique sont très variées : agent de synthèse de polymères (propionate de cellulose par exemple), d’herbicides, d’arômes et parfums (esters), solvant, agent antifongi-

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1992a), lactose (LEWIS et YANG, 1992a, LEWIS et YANG, 1992b, COLOMBAN et al., 1993), maltose (BABUCHOWSKI et al., 1993), saccharose (QUESADA-CHANTO et al., 1994), xylose (HENDRICKS et al., 1986, CARRONDO et al., 1988), ou d’acide lactique (LEWIS et YANG 1992b, BABUCHOWSKI et al., 1993, TYREE et al., 1991).

Cependant, la production d’acide acétique, co-métabolite de cette voie à partir des glucides (figure 1), présente plusieurs inconvénients : limitation du rendement en acide propionique, de la concentration en acide propionique produit due à l’effet inhibiteur par les acides acétique et propionique formés et difficulté d’extraction et de purification de l’acide propionique. L’optimisation de la pro- ductivité en acide propionique a été envisagée selon divers procédés de fermentation : batch et semi-continu (WOSKOV et GLATZ, 1991), continu (CLAUSEN

et GADDY, 1984), à cellules immobilisées (BEGIN et al., 1992, YANG et al., 1995, PAICK et GLATZ, 1994, BEGIN et al., 1996), à haute densité cellulaire par couplage avec l’ultrafiltration (BLANC et GOMA, 1989, BOYAVAL et CORRE, 1987), ou encore par fermentation extractive par électrodialyse (BOYAVAL et CORRE, 1995) ou sol- vants (OZADALI et al., 1996, GU et al., 1999).

La formation d’acide propionique à partir de glycérol a été mise en évidence chez les propionibactéries : P. acidipropionici et P. acnes (BARBIRATO et al., 1997), P. arabinosum (LEAVER et al., 1955), P. shermanii (HIMMI et al., 2000, SMART et PRITCHARD, 1982), P. thoeni (BOYAVAL et CORRE, 1987), les Selenomo- nads (HOBSON et MANN, 1961) et chez Clostridium propionicum (BARBIRATO

et al., 1997, LEAVER et al., 1955). Chez P. acidipropionici les performances fer- mentaires sont particulièrement élevées : rendement de 0,84 mol/mol, concentration en acide propionique : 42 g/l, avec une très faible production d’acide acétique (BARBIRATO et al., 1997). Compte tenu du degré de réduction du glycé- rol, qui est plus élevé que celui des glucides, mais identique à celui de l’acide propionique, la voie fermentaire est équilibrée au niveau du bilan d’oxydoréduc- tion. Cela se traduit par un rendement de conversion maximal du glycérol en acide propionique et par une production minimale de produits secondaires (figure 2). Ainsi, le glycérol apparaît comme un substrat de grand intérêt en vue de l’optimisation de la production d’acide propionique. Le glycérol est un sous- produit des industries de transformation de matières grasses (GOTTSCHALK et AVERHOFF, 1990, KRETSCHMANN et al., 1990) et notamment de la conversion d’huiles végétales en esters (bio-carburant) (CLAUDE, 1996). C’est également un constituant caractéristique de résidus de production d’éthanol par fermentation alcoolique (distilleries) (BARBIRATO et al., 1998). Le glycérol représente une res- source alternative aux substrats glucidiques et compétitive pour le développe- ment de la production d’acide propionique par fermentation.

L’objectif de notre étude est de comparer la fermentation propionique à partir de glycérol ou de glucose chez deux propionibactéries : P. acidipropionici et P. freudenreichii ssp shermanii et d’examiner l’optimisation des performances de la production d’acide propionique par fermentation de glycérol en cellules immobilisées (alginate de calcium).

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Figure 1

Schéma simplifié de la fermentation propionique du glucose.

Simplified pathway of the propionic fermentation from glucose.

Figure 2

Schéma simplifié de la fermentation propionique du glycérol.

Simplified pathway of the propionic fermentation from glycerol.

ADP ATP

DHAP 0,5 Glucose

Acétate NAD⁺

NADH+H⁺ PEP

ADP ATP

ADP ATP Pyruvate

ADP ATP

Oxaloacétate

NAD⁺ NADH+H⁺

Malate

NAD⁺ NADH+H⁺

ADP ATP Succinate

Propionate

Glycérol NAD⁺ NADH+H⁺

DHAP ATP ADP NAD⁺

NADH+H⁺ PEP

ADP ATP

ADP ATP Pyruvate

Oxaloacétate

NAD⁺ NADH+H⁺

Malate NAD⁺ NADH+H⁺

ADP ATP Succinate

Propionate

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2 – MATÉRIELS ET MÉTHODES

2.1 Micro-organismes

Les souches utilisées proviennent de la collection ATCC : Propionibacterium acidipropionici ATCC 25562 et Propionibacterium freudenreichii ssp. shermanii ATCC 9614.

2.2 Milieu et conditions de culture en cellules libres

Les fermentations sont réalisées sur le milieu de base comprenant : 10 g/l d’extrait de levure (Biokar Diagnostic, Beauvais, France), 5 g/l d’hydrolysat de soja (Trypic soy broth, Becton Dickinson & Co., Cokeysville, USA), 2,5 g/l K₂HPO₄ et 1,5 g/l KH₂PO₄, pH 7,0. Les inocula sont préparés en fioles penicil- line stériles de 120 ml contenant 60 ml de milieu, placées sous azote et fermées par un bouchon en butyle. Après 30 h d’incubation à 30 °C, l’inoculum est transféré dans un fermenteur en verre contenant 1 litre de milieu de base addi- tionné du substrat carboné à la concentration appropriée (le glucose est stérilisé séparément sous forme de solution concentrée). Le milieu est purgé à l’azote après autoclavage. Les fermenteurs sont équipés d’un système de régulation de pH (Ingold 2300) par additions de NaOH et d’une agitation magnétique.

2.3 Immobilisation de P. acidipropionici par l’alginate de calcium et fermentation

Les cellules d’une culture de P. acidipropionici sont récoltées par centrifugation à 5000 rpm pendant 10 mn puis mises en suspension dans une solution stérile d’alginate de sodium à 3 %. Les billes d’alginate de calcium (diamètre 3-4 mm) sont obtenues par injection goutte à goutte de cette suspension dans une solution stérile de CaCl₂ 0,15 M.

Les billes d’alginate de calcium sont ensuite transvasées dans un fermenteur à lit fluidisé : colonne en verre de 4 cm de diamètre et 40 cm de hauteur et d’un volume efficace de 0,8 l (hauteur lit fluidisé 35 cm). Le pH est régulé à pH 6,8 par apport de NH₄OH à 14 % et la température maintenue à 30 °C. Afin d’obtenir l’expansion du lit de billes dans le fermenteur, la recirculation du milieu de fermentation a été réalisée avec une pompe péristaltique à débit contrôlé.

Le milieu de culture précédemment utilisé en fermentation en cellules libres a été modifié pour les fermentations en cellules immobilisées en gel d’alginate de calcium : les sels de phosphate ont été supprimés afin de ne pas affecter la struc- ture du gel d’alginate de calcium. Pour l’essai de fermentation continue en cellules immobilisées, le milieu de culture modifié est additionné de CaCl₂ 0,15 M.

Méthodes analytiques

La densité optique des cultures est mesurée avec un spectrophotomètre Perkin Elmer Lambda 10 à 610 nm (P. acidipropionici) et à 578 nm (P. freuden- reichii) et la concentration de la biomasse exprimée en matière sèche (g/l) est calculée d’après les relations respectives : D.O.₆₁₀✕ 0,21 et D.O.₅₇₈✕ 0,35.

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Les substrats (glycérol, glucose) et les produits de fermentation : acides propionique, acétique, succinique, formique et n-propanol sont déterminés sur les échantillons de fermentation après centrifugation, filtration à 0,2 µm et dilution par analyse HPLC (colonne Bio-Rad HPX87H) comme décrit précédemment (BARBIRATO et al., 1997).

3 – RÉSULTATS

3.1 Comparaison de la fermentation de glycérol et de glucose chez P. acidipropionici ATCC 25562 et P. freudenreichii ssp shermanii ATTC 9614

Chez P. acidipropionici, les fermentations de glucose (figure 3) et de glycérol (figure 4) ont conduit aux mêmes produits : acide propionique, acide acétique, acide succinique et n-propanol, mais à des concentrations et proportions diffé- rentes. Au cours de la fermentation de glycérol, l’acide acétique a été le premier produit formé, suivi par l’acide propionique et l’acide succinique et ensuite le n- propanol. Par contre, à partir de glucose, les différents produits ont été observés simultanément. Les durées de fermentation du glycérol et du glucose ont été semblables : 54 et 48 h respectivement, ainsi que la production de biomasse : 2,9 et 2,8 g/l respectivement. La croissance de P. acidipropionici est couplée à la consommation du glycérol et du glucose et à la production d’acide propionique.

À partir du glycérol, le rendement molaire en acide propionique : 0,79 mol/mol a été nettement supérieur (+ 49 %) à celui obtenu sur glucose : 0,53 mol/mol (tableau 1). Inversement, la production d’acide acétique a été fortement diminuée (– 45 %) à partir de glycérol (0,17 mol/mol) par rapport au glucose (0,31 mol/mol).

La formation de n-propanol et de succinate a été plus importante sur glycérol (0,13 et 0,03 mol/mol) qu’à partir de glucose (0,04 et 0,02 mol/mol).

Tableau 1

Rendements molaires en acides propionique, acétique, succinique et en propanol, en fermentations de glucose (20 g/l) et de glycérol (20g/l) chez P. acidipropionici.

Table 1

Molar yields of propionic, acetic and succinic acids, and propanol from glucose (20g/l) and glycerol (20g/l) fermentations with P. acidipropionici.

Acide propionique (mol/mol)

Acide acétique (mol/mol)

Acide succinique (mol/mol)

Propanol (mol/mol)

Glucose 0,53 0,31 0,0016 0,04

Glycérol 0,79 0,17 0,03 0,13

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Figure 3

Croissance de P. acidipropionici, consommation du glucose et formation d’acides propionique, acétique, succinique et de propanol au cours d’une culture à 20 g/l de glucose.

Growth of P. acidipropionici, consumption of glucose and production of propionic, acetic and succinic acids, and propanol during a culture with 20 g/l of glucose.

Figure 4

Croissance de P. acidipropionici, consommation du glycérol et formation d’acides propionique, acétique, succinique et de propanol au cours d’une culture à 20 g/l de glycérol.

Growth of P. acidipropionici, consumption of glycerol and production of propionic, acetic and succinic acids, and propanol during a culture with 20 g/l of glycerol.

0 5 10 15 20

0 20 40 60 80

Temps (h)

0 1 2 3 4 5 6

Glucose Propionate Acétate Succinate Propanol Biomasse

Glucose, Propionate (g/l) Acétate, Propanol, Succinate, Biomasse (g/l)

0 5 10 15 20

0 20 40 60 80

Temps (h)

0 1 2 3 4 5 6

Glycérol Propionate Propanol

Acétate Succinate Biomasse

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Les profils de fermentation de glucose et de glycérol par P. freudenreichii ssp shermanii (figures 5, 6) se différencient de ceux de P. acidipropionici, par un allongement de la durée des fermentations : 110 et 142 h respectivement contre 54 et 48 h. Comparativement à P. acidipropionici, la croissance de P. freu- denreichii a été plus importante sur les deux substrats : 5,2 et 9 g/l. Le découplage entre la consommation de glycérol d’une part et la production de biomasse et d’acide propionique d’autre part a été observé. Par contre, l’évolu- tion de la consommation du glucose et de la production de biomasse et d’acide propionique est apparue couplée lors de la fermentation de glucose chez P. freudenreichii. La production d’acide propionique a été plus importante à partir de glycérol qu’à partir de glucose : 0,58 et 0,40 mol/mol (tableau 2), mais le rendement a été inférieur à celui obtenu chez P. acidipropionici (tableau 1).

À l’instar de P. acidipropionici, la formation d’acide acétique a été diminuée lors de la fermentation du glycérol par P. freudenreichii (tableau 2).

Figure 5

Croissance de P. freudenreichii ssp shermaniii, consommation du glucose et formation d’acides propionique, acétique succcinique et de propanol

au cours d’une culture à 20 g/l de glucose.

Growth of P. freudenreichii ssp shermaniii, consumption of glucose and production of propionic, acetic and succinic acids, and propanol during a culture with 20 g/l of glucose.

0 5 10 15 20

0 50 100 150

Temps (h)

0 1 2 3 4 5 6

Glucose Propionate Biomasse

Acétate Succinate Propanol

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Tableau 2

Rendements molaires en acides propionique, acétique, succinique et en propanol, en fermentations de glucose (20 g/l) et de glycérol (20 g/l)

chez P. freudenreichii sp shermanii.

Table 2

Molar yields of propionic, acetic and succinic acids, and propanol from glucose (20g/l) and glycerol (20g/l) fermentations with P. freudenreichii sp shermanii

Figure 6

Croissance de P. freudenreichii ssp shermanii, consommation du glycérol et formation d’acides propionique, acétique, succinique et de propanol

au cours d’une culture à 20 g/l de glycérol.

Growth of P. freudenreichii ssp shermanii, consumption of glycerol and production of propionic, acetic and succinic acids, and propanol during a culture with 20 g/l of glycerol.

3.2 Influence de la concentration en glycérol sur la production d’acide propionique

La figure 7 montre l’influence de la concentration en glycérol sur la production d’acide propionique, d’acide acétique et de biomasse chez P. acidipropio- nici, en fermentation batch. La concentration maximale en acide propionique a atteint 42 g/l pour une concentration initiale en glycérol de 80 g/l. À la concentration initiale en glycérol de 100 g/l, la croissance et la fermentation ont été très fortement inhibées (inhibition par le substrat) et la production d’acide propionique n’a atteint qu’une très faible concentration (résultats non présentés).

La production de biomasse a augmenté jusqu’à une concentration initiale en Acide propionique

(mol/mol)

Acide acétique (mol/mol)

Acide succinique (mol/mol)

Propanol (mol/mol)

Glucose 0,40 0,26 0,01 0,06

Glycérol 0,58 0,16 0,04 0,09

0 5 10 15 20

0 50 100 150

Temps (h)

Glycérol, Propionate (g/l)

0 1 2 3 4 5 6

Acétate, Propanol, Succinate, Biomasse (g/l)

Glycérol Propionate Acétate Succinate Propanol Biomasse

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glycérol de 45 g/l, et ne s’accroît plus lorsque les concentrations en glycérol sont plus élevées (60 et 80 g/l) et lorsque la concentration en acide propionique produit dépasse 30 g/l. La production d’acide acétique est restée constante (0,7 à 1 g/l) pour les concentrations initiales en glycérol inférieures ou égales à 80 g/l. La formation d’acide acétique paraît indépendante de la quantité de gly- cérol fermenté et elle peut être attribuée à une production à partir des autres éléments carbonés du milieu de culture, particulièrement riche en éléments nutritifs (10 g/l d’extrait de levure et 5 g/l d’hydrolysat de soja).

Figure 7

Production d’acide propionique, d’acide acétique et de biomasse avec P. acidipropionici en fonction de la concentration initiale en glycérol.

Production of propionic, acetic acids and biomass with P. acidipropionici versus the initial concentration of glycerol.

3.3 Production d’acide propionique par cellules immobilisées

À partir de cellules immobilisées de P. acidipropionici sous forme de billes d’alginate de calcium, les fermentations en batch par renouvellement successif du milieu de culture contenant 20 g/l glycérol ont montré un raccourcissement de la durée de fermentation au fur et à mesure des apports en glycérol (figure 8). Au quatrième renouvellement, la durée de fermentation du glycérol a diminué de 60 à 17 h et la productivité volumique en acide propionique a atteint 0,8 g/l.h. Comparativement, la productivité volumique en acide propionique d’une culture batch en cellules libres sur glycérol à 20 g/l (figure 4) a été de 0,25 g/l.h. La productivité volumique en acide propionique plus élevée en fermentation à cellules immobilisées montre le bon développement de la biomasse immobilisée au sein des billes d’alginate de calcium.

0 10 20 30 40 50

30 40 50 60 70 80

Glycérol consommé (g/l)

Acide propionique (g/l)

0 1 2 3 4 5

Acétate, Biomasse (g/l)

Propionate Biomasse Acétate

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que a été de 19,3 g/l, soit un rendement en acide propionique de 0,78 mol/mol.

La productivité volumique en acide propionique (rp) obtenue en réacteur à cellules immobilisées a atteint une valeur particulièrement élevée : 3 g/l.h. La formation d’acide acétique a été très faible : 0,17 g/l, d’où un ratio molaire acide propionique/ acide acétique (P/A) très élevé : 88 (mol/mol).

À titre de comparaison, la fermentation continue de glycérol en chemostat (fermenteur à cellules libres) a été réalisée à un taux de dilution de 0,04 h^-1 avec un productivité volumique en acide propionique de 0,3 g/l.h. (résultats non présentés).

Figure 8

Consommation de glycérol (a) et production d’acide propionique (b) en fermentation discontinue séquentielle par des cellules immobilisées de P. acidipropionici,

avec 4 renouvellements successifs du milieu (glycérol 20 g/l).

Consumption of glycerol (a) and production of propionic acid (b) during sequencing batch fermentation with immobilized cells of P. acidipropionici, with 4 successive

replacement of the culture medium (20 g/l of glycerol).

(a)

0 3 6 9 12 15

acide propionique (g/l)

(b)

0 4 8 12 16 20

0 12 24 36 48 60

Temps (h)

glycérol (g/l)

fermentation 1 fermentation 2 fermentation 3 fermentation 4

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Tableau 3

Production d’acides propionique et acétique, rendement molaire et productivité en acide propionique, et ratio molaire acide propionique/acide acétique (P/A), au cours de la fermentation continue de glycérol (30 g/l) par cellules immobilisées

de P.acidipropionici.

Table 3

Production of propionic and acetic acids, molar yield and productivity of propionic acid, molar ratio propionic acid/acetic acid (P/A), during continuous fermention of

glycerol (30g/l) with immobilized cells of P. acidipropionici.

4 – DISCUSSION - CONCLUSION

La fermentation du glycérol chez P. acidipropionici et P. freudenreichii ssp shermanii se caractérise par un rendement élevé en acide propionique au détri- ment de la production d’acide acétique. Des résultats semblables ont été repor- tés chez d’autres souches comme P. acnes (BARBIRATO et al., 1997), P. thoeni (BOYAVAL et CORRE, 1995) et Clostridium propionicum (LEAVER et al., 1955). Les rendements de fermentation du glycérol en acide propionique chez P. acidipro- pionici et P. freudenreichii ssp shermanii sont respectivement de 49 et 45 % plus élevés qu’à partir du glucose. De tels résultats n’ont jamais été cités à partir des substrats conventionnels (glucides ou acide lactique) même en ayant recours à des procédés sophistiqués de fermentation (EMDE et SCHINK, 1990).

Le degré de réduction du glycérol (4,67 électron g/atome de carbone) est identique à celui de l’acide propionique d’où l’équilibre de la balance d’oxydo- réduction de la voie métabolique (figure 2). En outre, le bilan énergétique de cette voie est favorable (2 ATP/mol acide propionique). Ces éléments font sug- gérer le caractère homofermentaire de la voie de fermentation propionique à partir du glycérol chez P. acidipropionici. Chez P. freudenreichii ssp shermanii, le découplage, en fin de fermentation et à 30 °C, entre la consommation de gly- cérol d’une part et la production d’acide propionique et de biomasse d’autre part, suggère une déviation du métabolisme du glycérol vers la production d’autres composés, probablement des substances de réserves.

Par contre, à partir de glucose, les deux souches étudiées présentent un Taux de

dilution (h^-1)

Glycérol résiduel (g/l)

Acide propionique

(g/l)

Acide acétique (g/l)

Rendement acide propionique

(mol/mol)

P/A (mol/mol)

Productivité acide propionique

(g/l.h)

0,111 0,21 19,0 0,12 0,76 127 2,1

0,154 0,39 19,3 0,17 0,78 88 3,0

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fermentation (figure 1), d’où un plus faible rendement en acide propionique tant chez P. acidipropionici (0,52 mol/mol) qu’avec P. freudenreichii ssp shermanii (0,40 mol/mol).

Le ratio molaire acide propionique/acide acétique (P/A) chez P. acidipropionici est de 1,7 en fermentation batch de glucose (20 g/l) contre 5,7 à partir de glycérol (20 g/l). Cette forte augmentation du ratio molaire P/A souligne le basculement du métabolisme hétérofermentaire à partir de glucose vers le caractère homofermentaire à partir du glycérol. En culture continue sur glycérol, le ratio P/A de 88 atteste de l’orientation homofermentaire du catabolisme fermentaire du glycérol.

Outre l’avantage d’un rendement maximal en acide propionique, la fermentation du glycérol conduit à une très faible production d’acide acétique. L’inhibition de la production d’acide propionique par les acides organiques non dissociés : acide propionique et acide acétique a été reportée (NANBA et al., 1983, BLANC et GOMA, 1987, OBAYA et al., 1992). Ces travaux montrent que l’inhibition est due à la concentration totale en acides non dissociés. La fermentation propionique du glycérol, en minimisant la formation d’acide acétique, permet d’obtenir une plus grande concentration en acide propionique. Ainsi, par fermentation batch de glycérol, une concentration très élevée en acide propionique a été obtenue (42 g/l). Les teneurs en acide propionique habituelle- ment produites dans des conditions semblables de fermentation (batch), à partir des substrats glucidiques ou d’acide lactique, n’atteignent que 20 à 30 g/l (PLAYNE, 1985). Des concentrations plus élevées n’ont pu être obtenues que par recours à des conditions ou dispositifs particuliers visant à limiter l’inhibition par les acides organiques : acclimatation d’une souche sur une très longue durée (WOSKOV et GLATZ, 1991), fermentation à cellules recyclées en bio-réacteur à membranes (COLOMBAN et al., 1993, BOYAVAL et CORRE, 1995) ou encore fermentation extractive (OZADALI et al., 1996, GU et al., 1999).

La minimisation de la production d’acide acétique en fermentation propionique à partir du glycérol a par ailleurs un impact très favorable sur les procédés d’extraction de l’acide propionique. En effet, l’acide acétique présente des pro- priétés physico-chimiques proches de l’acide propionique et limite considéra- blement les performances de l’extraction de l’acide propionique par solvant et distillation ou autres techniques séparatives.

Le n-propanol est un produit mineur formé lors de la fermentation du glucose et du glycérol chez P. acidipropionici et P. freudenreichii ssp shermanii. La formation de n-propanol, plus importante à partir de glycérol, participerait à la régénération des nucléotides nécessaires à l’oxydation du glycérol pour la production de biomasse.

Sur le plan des procédés de production d’acide propionique, la fermentation de glycérol en cellules immobilisées (alginate de calcium) a permis d’atteindre une productivité très élevée (3 g/l.h) qui s’avère supérieure aux données obtenues en fermentation continue de lactose et glucose selon divers systèmes de cellules immobilisées (CAVIN et al., 1985, LEWIS et YANG, 1992c, YANG et al., 1994).

La fermentation du glycérol par P. acidipropionici permet de cumuler un rendement très élevé en acide propionique, une forte concentration en acide propionique, de hautes performances cinétiques (productivité) et la minimisation de la production néfaste d’acide acétique. Elle réunit ainsi plusieurs niveaux d’optimisation de la production d’acide propionique par voie microbienne.

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