Production of propionic acid

Abstract - Propionic acid and its salts are widely used in industry and especially in the food indus-try as antifungal agents. The estimated world production in 1992 was about 100 000 tonnes. A large part of this production is by petrochemical routes. Nevertheless, fermentation processes have been described since 1923. The increasing consumer demand for biological products and the more efficient performance of new fermentation processes have revived researcher and industrial interest for a new investigation of biological propionic acid production. From the low productivity of batch processes (0.03 g l^-1 h^-1), performance has rapidly increased to 2 to 14 g l^-1 h^-1. This increase results from the emergence of high density cell bioreactor technology. These bioreactors make it possible to concentrate large amounts of cells within the system during continuous fermentation and to reduce the cell inhibition effect of organic acid accumulation in the medium. Moreover, the use of glycerol as the principal carbon source enables propionic acid to be produced without acetic acid. The increased efficiency of membrane processes, such as electro-electrodialysis and electrodialysis with bipolar membrane, has considerably facilitated the recovery and purification steps from fermented media. The increased fermentation volumetric productivity and downstream processing performance has led to an economic industrial biological propionic acid production.

Résumé - La production d'acide propionique
L'acide propionique et les sels d'acide propionique sont très largement utilisés dans l'industrie, et notamment dans les industries agro-alimentaires, pour leur rôle antifongique. La production mondiale estimée en 1992 était de 100 000 tonnes. Une très large proportion de cet acide est fabriquée par voie chimique, à l'aide de différents procédés issus de l'industrie pétrolière. Néanmoins, des procédés de fermentations sont décrits depuis 1923. L'intérêt croissant des consommateurs pour des produits naturels et l'émergence de techniques de fermentation de plus en plus periormantes ont renouvelé l'intérêt des chercheurs et des industriels pour une production biologique d'acide propionique. De très faibles productivités volumiques (0,03 g l^-1 h^-1) pour les procédés batch, les résultats ont rapidement atteint de 2 à 14 g l^-1 h^-1. Cette augmentation est principalement le fruit de l'introduction de la technologie des bioréacteurs à recyclage cellulaire qui permettent d'augmenter la biomasse au sein du système et de lever l'inhibition provoquée par l'accumulation d'acides dans le milieu de fermentation. L'introduction du glycérol en tant que principale source carbonée a conduit à l'obtention d'acide propionique sans la présence d'acide acétique. De plus, l'introduction de techniques de séparation performantes (électro-électrodialyse et électrodialyse à membranes bipolaires) a considérablement facilité la récupération et la purification de l'acide propionique à partir de moûts de fermentation. La combinaison de ces différentes améliorations conduit actuellement à une industrie de production d'acide propionique par fermentation économiquement performante.