Maintenance

Coefficients de maintenance

Par ailleurs, la consommation de substrat peut avoir pour unique objet la maintenance des cellules en vie et non pas leur multiplication : on observe alors une consommation de substrat dans le milieu et pas d'augmentation significative de la concentration de cellules. Cette maintenance est à son tour caractérisée par un coefficient. Sa valeur dépend à la fois du micro-organisme et des conditions dans lesquelles il est mis en culture.

Le tableau ci-dessous présente différentes valeurs de coefficient de maintenance (noté ms) pour des micro-organismes mis dans des conditions de culture variables. On note bien l'effet d'un milieu stressant (par exemple trop riche en sel pour S. cerevisiae) sur le coefficient de maintenance cellulaire. En conditions stressantes, les cellules dépensent une part importante des ressources du milieu pour synthétiser les métabolites qui leur sont nécessaires pour résister à ce stress.

Dans ce cas, la vitesse observée de consommation du substrat correspond donc à la somme de la consommation de maintenance et de la consommation pour la croissance :

vitesse de consommation de substrat pour croissance et maintenance

\(-{{r}_{s}}=\frac{{{r}_{X}}}{{{Y}_{X/S}}}+{{m}_{s}}\cdot X\)

Un coefficient de maintenance faible est un indicateur de bonnes conditions de culture (non stressantes) pour le micro-organisme.

Comparaison de différents coefficients de maintenance

Micro-organisme

Conditions de croissance

Coefficient de maintenance (kg substrat / kg de cellules sèches / h)

Saccharomyces cerevisiae

Anaérobie

0.036

Anaérobie; 1,0 M NaCl

0.360

Azotobacter vinelandii

Fixatrices d'azote; pression partielle d'oxygène 0,2 atm

1.5

Fixatrices d'azote; pression partielle d'oxygène 0,02 atm

0.15

Klebsiella aerogenes

Anaérobie; limitée par le tryptophane;

2 g/L NH4Cl

2.88

Anaérobie; limitée par le tryptophane;

4 g/L NH4Cl

3.69

Penicillium chrysogenum

Aérobie

0.022

De même, un coefficient de production de métabolite en vue de la maintenance peut être pris en compte (mp).

Dans ce cas, la vitesse globale de production de produit s'écrit :

Vitesse de production de produit incluant la maintenance

\({{r}_{p}}=\left( {{Y}_{P/X}}{{\mu }_{\max }}+{{m}_{p}} \right)\left[ X \right]\)

Dans ce cas, le terme \({{Y}_{P/X}}{{\mu }_{\max }}+{{m}_{p}}\) correspond à la vitesse spécifique globale de production de produit et est noté qp.

ComplémentRendement théorique / rendement observé

L'introduction de cette notion de maintenance permet maintenant de distinguer deux rendements de conversion du substrat en biomasse :

  • le rendement observé : \(Y_{X/S}\) tel que déjà défini ;

  • le rendement théorique, qui prend en compte la maintenance : \(Y'_{X/S}\) tel que : \(\frac{1}{Y_{X/S}}=\frac{1}{Y'_{X/S}}+\frac{m}{\mu}\)