Brevet FR2549851A1 — publié le 19850201

La présente invention a pour objet un dispositif perfectionné de régulation des gaz dissous en fermentation de culture des cellules. Les concentrations en gaz dissous jouent un rôle important dans les mécanismes de régulation cellulaire, vitesse de croissance et production de métabolites en dépendent largement. Si l'on prend l'exemple de la fermentation aérobie pour satisfaire la demande en oxygène de la culture on est amené à souffler des quantités importantes de gaz (air, air enrichi en oxygène, ou oxygène pur) il devient alors i!npossible-de réguler la concentration en gaz carbonique dissous. L'impossibi iile de réguler la concentration en gaz carbonique dissous provient du fait qt;e le réacteur fonctionne en réacteur ouvert pour la phase gaz et que le gaz carbonique est un produit du métabolisme. Le résultat de cette situation fait outil est impossible de réguler en même temps les concentrations en oxygène et gaz carbonique dissous. L'invention a donc pour objet de contrôler les échanges gazeux en travaillant en réacteur pratiquement fermé pour la phase gazeuse. Pour atteindre cet objectif la phase gazeuse sera - d'une part recyclée dans la phase aqueuse grâce à un dispositif de recir cul avion - d'autre part recyclée en totalité ou partie sur un dispositif permettant le fractionnement de la phase gazeuse en ses constituants et l'ajout éventuel de gaz désirés. La figure l représente une installation dans laquelle le procédé selon l'invention est susceptible d'être mis en oeuvre dans le cas d'une fermentation aérobie où l'on veut réguler en même temps l'oxygène et le gaz carbonique dissous. Cette installation comporte 1) un dispositif A d'enrichissement de la phase gazeuse en oxygène, ce dispositif pouvant par exemple être constitué de colonnes garnies de zéolites permettant de séparer l'oxygène des autres gaz de l'air ; ce dispositif peut être également courcuité par alimentation directe du réacteur en oxygène pur obtenu par voSe conventionnelle. 2) un réacteur B appelé encore fermenteur caractérisé par le fait qu'il contient un milieu liquide, dit milieu de culture dans lequel on veut contr- ler la concentration en oxygène et gaz carbonique dissolus, et une phase gazeuse en partie gazeuse et en partie émulsionnée dans la phase liquide.L'émulsion gaz-liquide est obtenue grace à un dispositif d'agitation caractérisé par le fait qu'il est constitué - soit par une turbine autoaspirante avec ou sans cyclindre directeur aspirant et émulsionnant la phase gazeuse dans la phase liquide - soit par un dispositif de recirculation du milieu de culture à travers un venturi aspirant et émulsionnant la phase gazeuse dans le milieu de culture - soit par recirculation de la phase gazeuse après recompression pour créer un système émulsionnant la phase gazeuse et la phase liquide (système gaz-lift) - soit par recirculation de la phase gazeuse après recompression et injection par un dispositif d'aération et d'agitation classique. 3) un dispositif de séparation du gaz carbonique (C) constitué soit par un système de membranes permettant de séparer le gaz carbonique du mélange gazeux, soit par un dispositif de solubilisation ou de neutralisation spécifique du gaz carbonique, soit par un dispositif d'adsorption sur zéolites du gaz carbonique. La phase gazeuse est en partie extraite du fermenteur à l'aide d'un dispositif adapté et fractionnée sur le dispositif C, la fraction de la phase gazeuse recyclée sur le dispositif C est déterminée de façon à maintenir la concentration en gaz carbonique dans la phase gazeuse à une valeur donnée sur le circuit de recyclage comprend également un système d'injection de gaz carbonique dont la demande peut s'avérer nécessaire en début de fermentation. Au fur et à mesure du développement de la croissance microbienne il y a dans l'exemple donné une consommation d'oxygène et dégagement de gaz carbonique. Pour compenser la consommation d'oxygène, de l'oxygène ou de l'air enrichi en oxygène est introduit dans le réacteur et le gaz recyclé pour séparer le gaz carbonique sur le dispositif C. Le dispositif proposé peut facilement être automatisé grâce aux informations données soit - par deux capteurs dans la phase gazeuse, un à oxygène l'autre à gaztcarbo- nique, on maintient alors les concentrations en oxygène et gaz carbonique constantes dans la phase gazeuse. - par deux capteurs dans la phase aqueuse l'un à oxygène dissous et l'autre à gaz carbonique dissous,on maintient alors les concentrations en oxygène et gaz carbonique dissous constantes en adaptant les concentrations en oxygène et gaz carbonique dans la phase gazeuse. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention. Par variantes on peut entendre d'autres dispositifs de mélange gaz-liquide, d'autres dispositifs de séparation de gaz, d'autres compositions de mélanges gazeux, ou des combinaisons de différentes variantes appliquées aux cultures microbiennes aérobies ou anaérobies ou aux cultures de cellules animales ou végétales, cultures en milieux solides et semi-solides ou sur supports aux bioconversions enzymatiques. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de régulation des concentrations en gaz dissous dans un bioréacteur utilisé en fermentation aérobie ou anaérobie et en culture de cellules animales ou végétales. Caractérisé en ce que - on prélève dudit bioréacteur un débit de gaz - on recycle ce gaz sur un dispositif de séparation pour éliminer les gaz en excès produits lors de la réaction - on introduise le gaz consommé - on travaille pratiquement en réacteur fermé pour la phase gaz qui est recyclée dans le bioréacteur. 2.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif permettant d'émulsionner l)a phase gazeuse dans la phase liquide est obtenu par une turbine autoaspirante avec au sans cyclindre directeur, par recyclage après recompression de la phase gaz et utilisation dans un dispositif gaz-lift, par recyclage après recompression de la phase gaz et utilisation dans un dispositif classique d'aération agitation. 3.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le dispositif de fractionnement de la phase gaz se fasse par un procédé physique ou chimique. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1-2-3 caractérisé en ce que le dispositif peut être utilisé soit pour maintenir la composition de la phase gazeuse constante, soit pour maintenir les concentrations en gaz dissous constantes. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1-2-3-4 caractérisé en ce que le réacteur est constitué par un réacteur enzymatique ou un réacteur pour culture sur milieu solide ou semi-solide ou sur support.