La première technique de base, à la fois par son ancienneté et son importance dans les bio-industries, est la fermentation. Classiquement, la microbiologie industrielle n'utilisait que la fermentation discontinue. L'enceinte où se produit la fermentation — le bioréacteur — est remplie de milieu nutritif et de micro-organismes et fonctionne pendant un temps déterminé. Puis la réaction est interrompue ; le fermenteur est nettoyé, stérilisé, enfin rechargé.

Actuellement, pour fabriquer, par bioconversion, de la biomasse ou des produits à faible valeur ajoutée, on utilise plutôt la fermentation continue, qui permet une production massive : les matériaux de base de la réaction sont introduits sans interruption dans le fermenteur, et la récupération des produits est, elle aussi, permanente ; toutes les étapes de la transformation doivent s'effectuer simultanément et à la même vitesse.

Il existe deux sortes de fermenteurs continus. Les turbidostats contrôlent la turbidité du liquide sortant, donc la quantité de produit fabriqué. Les chémostats contrôlent le flux entrant : on limite la concentration de l'une des substances du milieu, ce qui limite la réaction.

Dans les deux systèmes, les produits, dissous dans l'eau du bioréacteur, sont extraits par un second solvant ou par absorption sur un support ou encore par filtration au travers d'une membrane semi-perméable.

Les procédés en continu posent encore des problèmes : d'une part, il est difficile de maintenir une asepsie rigoureuse ; d'autre part, des produits inhibants peuvent s'accumuler et entraver la production. Les recherches qui sont faites portent aussi sur l'automatisation totale du fonctionnement des fermenteurs.

Enzymes

La deuxième technique de base de la biotechnologie est le génie enzymatique. Pour minimiser les pertes en enzymes dans les bioréacteurs, on immobilise les enzymes.

On dispose pour cela de deux méthodes, qui ne conservent pas de la même façon la réactivité des enzymes, car cette dernière est pratiquement en raison inverse de l'efficacité de l'immobilisation.

La première méthode consiste à absorber les molécules d'enzymes à la surface de divers matériaux (alumine, charbon, verre). On peut aussi renforcer l'adhérence en créant une liaison chimique entre le support et l'enzyme, ce qui donne à celle-ci une plus grande longévité (quelques mois à deux ans au lieu de quelques semaines). La fixation chimique par covalence se fait sur du verre activé par du silane (un composé hydrogéné du silicium).

La deuxième méthode est l'inclusion : les molécules d'enzymes sont emprisonnées dans les mailles d'un gel d'amidon ou dans un réseau de fibres de cellulose ou encore dans des microcapsules en Nylon et collodion. Les molécules des réactifs et des produits de la réaction, qui sont plus petites que les enzymes, peuvent circuler entre les mailles et dans les microcapsules.

Entonnoir

Une nouvelle technique, celle du réacteur à lit fluidisé, consiste, au lieu d'immobiliser les enzymes, à les maintenir en suspension à un niveau déterminé du milieu liquide. Le fermenteur est en forme d'entonnoir très évasé, et, lorsque le flux du substrat, qui arrive par le bas, atteint le lit d'enzymes en suspension dans la partie haute de l'entonnoir, sa vitesse est à peu près nulle ; l'extraction se fait par le haut. Il y a peu de risque de perte d'enzymes, et la réactivité est maintenue au maximum.

Enfin une technique mise au point au Japon, pour la production de métabolites utiles et d'enzymes, est la fixation de cellules entières de levures ou de bactéries sur support mucilagineux. On peut même augmenter la productivité du système en immobilisant conjointement deux espèces bactériennes différentes.

La troisième technique de base est le génie génétique : on insère de l'ADN étranger sur le génome d'une espèce donnée et on obtient l'expression, dans cette espèce, d'un caractère héréditaire codé par l'ADN greffé (Journal de l'année 1978-79). Les premières réussites du génie génétique concernaient exclusivement des bactéries ; on utilise les mêmes techniques sur les végétaux et sur les animaux.