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La fermentation biologique est un procédé qui transforme les matières premières en produits cibles grâce à l'activité métabolique de micro-organismes. Elle est largement utilisée dans les secteurs pharmaceutique, agroalimentaire, agricole et environnemental. Au cours de la fermentation, la température est un paramètre clé qui influence l'activité microbienne, les voies métaboliques et la formation des produits. Les stratégies de régulation de la température varient considérablement selon la taille des cuves de fermentation, notamment en termes d'efficacité de la conduction thermique, de structure du système de contrôle, de rapidité de réponse, de maîtrise de la consommation énergétique et de mise à l'échelle du procédé. Cet article analyse systématiquement les différences de stratégies de régulation de la température dans les cuves de fermentation aux échelles laboratoire, pilote et industrielle, et en explique les raisons, afin de fournir des bases théoriques pour l'optimisation et le passage à l'échelle des procédés de fermentation.

La fermentation biologique est un processus au cours duquel des micro-organismes, dans certaines conditions, réalisent leur métabolisme pour transformer des substances organiques en produits spécifiques. Elle est largement utilisée dans des domaines tels que l'agroalimentaire, la médecine, l'énergie, l'environnement et le génie chimique. Selon que la fermentation nécessite ou non de l'oxygène, on distingue la fermentation aérobie et la fermentation anaérobie. Ces deux types de fermentation présentent non seulement des différences significatives au niveau des voies métaboliques, mais aussi quant à leurs applications et leurs conditions de fonctionnement en production industrielle. Une compréhension approfondie des mécanismes métaboliques de la fermentation aérobie et anaérobie est essentielle pour optimiser les procédés de production industrielle, accroître les rendements et améliorer la rentabilité.

L'oxygène dissous (OD) est un facteur clé influençant la fermentation microbienne, et joue un rôle crucial dans la fermentation aérobie. Les variations de sa concentration affectent directement le métabolisme, les voies de biosynthèse et le rendement des micro-organismes. Par conséquent, le contrôle précis et dynamique de la concentration d'oxygène est non seulement essentiel à l'optimisation de la fermentation, mais constitue également un axe de recherche majeur en ingénierie de la fermentation moderne.

Le développement du génie biotechnologique moderne est indissociable des technologies de fermentation avancées. En tant qu'équipement essentiel, le système de contrôle automatique de la cuve de fermentation influe directement sur l'efficacité et la qualité de la fermentation microbienne. Avec l'essor des concepts de production intelligente et d'usine numérique, le contrôle automatique des cuves de fermentation modernes est devenu de plus en plus sophistiqué et intelligent, notamment pour la gestion de paramètres clés tels que le pH, l'oxygène dissous, la mousse et la température.