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1 - FERMENTATION : DÉFINITIONS

2 - ORIGINE DE LA FERMENTATION EN MILIEU SOLIDE

  • 2.1 - Développement asiatique
  • 2.2 - Développement dans le reste du monde

3 - FERMENTATION EN MILIEU SOLIDE VERSUS FERMENTATION EN MILIEU LIQUIDE

4 - DÉVELOPPEMENT D’UNE FERMENTATION EN MILIEU SOLIDE

5 - MICRO-ORGANISMES UTILISÉS EN FMS

6 - RÉGULATIONS EN FMS

7 - ÉQUIPEMENTS DE LA FMS

8 - PRODUCTIONS DE LA FMS

9 - CONCLUSION ET PERSPECTIVES

10 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : BIO620 v2

Origine de la fermentation en milieu solide
Fermentation en milieu solide (FMS)

Auteur(s) : Francis DUCHIRON, Estelle LEGIN-COPINET

Relu et validé le 02 sept. 2020

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Sommaire

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RÉSUMÉ

La fermentation en milieu solide (FMS) se doit d'être différenciée de la fermentation solide qui se produit en milieu naturel. LA FMS englobe un ensemble de procédés mis au point en laboratoire et permettant l'élaboration de produits variés, comme le pain ou encore le fromage. Ce procédé connaît un regain d'intérêt en Occident grâce aux progrès faits dans les équipements pilotes et industriels, et face à la situation économique et écologique mondiale qui pousse à explorer de nouvelles voies de production. Les régulations et équipements nécessaires à la fermentation en milieu solide sont étudiés, tout comme les productions issues de cette technique, qu'elles soient alimentaires ou non.

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ABSTRACT

Solid State Fermentation (SSF)

Solid state fermentation (SSF) must be differentiated from the solid fermentation that occurs in nature. SSF encompasses a series of laboratory developed processes allowing the development of various products, such as bread or cheese. This process has a renewed interest in the West due to the advances made ??in pilot and industrial equipment, and in the face of the economic and ecological global drive to explore new methods of production. The regulations and equipment necessary for solid state fermentation are studied, as well as the products derived from this technology, whether foodstuffs or not.

Auteur(s)

INTRODUCTION

La fermentation en milieu solide... Quel titre étrange pour tous ceux qui n’en sont pas familiers ! En Occident, le terme de « fermentation » est attaché à l’élaboration de produits alimentaires liquides comme la bière ou le vin et l’on oublie (alors bien vite) des produits comme le pain et le fromage qui sont, eux, issus d’une fermentation en milieu solide. En Extrême-Orient, les fermentations solides (comme la production de saké ou de tofu) sont très anciennes et permettent, depuis des siècles, la production d’un certain nombre de produits de base de l’alimentation de ces pays. Le saké dispose en sus d’un rôle culturel important, c’est la boisson des Dieux dans la religion shintoïste (majoritaire au Japon), et il est impensable pour eux d’en modifier le procédé de production ; comme il serait impensable dans les sociétés chrétiennes de modifier le procédé de fabrication du vin, le sang du Christ !

Dans les milieux naturels, les fermentations solides se produisent partout, dans les sols cultivés ou non, dans le compost ou l’ensilage. Mais le terme de « fermentation » n’est pas associé naturellement à ce qui se passe dans ces milieux que l’on pourrait qualifier « d’ouverts ». On réserve ce terme à des procédés plus élaborés mis au point en laboratoire et mis en œuvre dans des bioréacteurs en « milieu fermé ou régulé ». Les fermentations sont associées aux biotechnologies et sont essentiellement, dans nos industries, des procédés en milieu liquide.

Avec l’accroissement de la population mondiale et l’augmentation des besoins énergétiques, l’alimentation et les terres cultivables font l’objet d’un enjeu économique mais surtout vital pour l’humanité ! Dans les pays émergents, le développement de fermentations en milieu solide à partir d’aliment permettrait en partie de pallier les pertes énormes de produits frais, difficiles à conserver avec la chaleur. En effet, les produits fermentés ont l’avantage d’augmenter la durée de conservation d’un produit par rapport à la matière première et présentent également une amélioration des qualités nutritionnelles du produit. De plus, ces procédés nécessitent peu d’énergie et un matériel de production simple, comme celui développé par l’IRD de Marseille . Dans les pays industrialisés, les produits fermentés (issus de ces fermentations) prennent une place importante auprès des consommateurs qui redécouvrent les bienfaits de ces produits sur la santé.

Mais les procédés en phase solide connaissent aussi un regain d’intérêt en Occident, avec la valorisation des coproduits agricoles pour la production d’enzymes, de nourriture animale et depuis peu est envisagée pour la production de produits organiques, et d’une manière plus générale sont impliquées dans les procédés de valorisation de la biomasse végétale. Ces nouveaux développements encouragent l’investissement vers ce type de procédé, mieux adapté aux substrats complexes.

L’objet de cet article est de traiter des procédés de fermentation en milieu solide. Après avoir défini les différents types de fermentations, après avoir comparé les avantages et les inconvénients d’une fermentation en milieu solide (FMS) par rapport à une fermentation en milieu liquide (FML), et après avoir expliqué pourquoi les champignons filamenteux sont les organismes les mieux adaptés aux FMS, il sera passé en revue les différents paramètres de régulations de ces fermentations et comment peut-on suivre le développement microbien lors du procédé ? Quels équipements sont utilisés du laboratoire à l’échelle industrielle ? Et nous terminerons cet article par une présentation de quelques secteurs d’activités où sont appliquées les FMS.

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VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-bio620


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2. Origine de la fermentation en milieu solide

2.1 Développement asiatique

L’Extrême-Orient est très nettement l’endroit où la fermentation en milieu solide a eu et a encore aujourd’hui le plus grand développement. Cela est lié à la préparation de deux produits de base dans la culture extrême-orientale que sont le saké et le tofu. Traditionnellement, le saké est préparé à partir de riz cuit à la vapeur, le riz est ensuite étalé sur des claies en bambou et inoculé par un levain d’une moisissure Aspergillus oryzae qui va se développer en produisant des amylases. Cette étape se passe entièrement en phase solide. Après croissance, le produit obtenu, appelé « koji », est broyé et mélangé avec de l’eau pour que l’amidon soit hydrolysé en glucose par les amylases, puis il est inoculé par la levure Saccharomyces sake pour que la fermentation alcoolique en phase liquide se fasse. Ce procédé ressemble beaucoup à celui de la brasserie européenne où le maltage est remplacé par la fermentation en phase solide pour la production des amylases.

Ce procédé a été étendu à beaucoup d’autres végétaux cultivés en Extrême-Orient et est à la base de nombreux produits alimentaires fermentés.

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2.2 Développement dans le reste du monde

En Europe, la fermentation en milieu solide est longtemps restée cantonnée à quelques domaines, celui du pain et des fromages ; c’est dans ce dernier domaine que l’on trouve ce qui se rapproche le plus des pratiques extrême-orientales. La croûte des fromages dits « à croûtes fleuries » est typiquement une fermentation en phase solide fongique ; de même pour les fromages persillés, la préparation des levains se fait de manière traditionnelle sur du pain inoculé par les moisissures recherchées.

Dans le reste du monde, peu de choses sont connues, il faut cependant noter la production de pain moisi en Érythrée par Streptomyces erythreus pour usage médicinal (c’est la souche productrice d’érythromycine), seul usage ancestral et traditionnel d’un produit à base d’antibiotique connu.

Historiquement, les premières productions d’enzymes se faisaient par fermentation solide y compris en Europe ou...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ROUSSOS (S.), LABROUSSE (Y.J.C.), LAKHTAR (H.), TRANIER (M.S.) -   Device for fermentation in solid medium and associated method of use.  -  World Patent WO18/206118 (2018).

  • (2) - DURAND (A.) -   La fermentation en milieu solide.  -  Biofutur, vol. 181, p. 41-43 (1998).

  • (3) - TAKAMINE (J.) -   Process of making diastatic enzyme.  -  US patent 525823 (1894).

  • (4) - CHÉREAU (D.) -   Étude des potentialités microbiologiques de la fermentation en milieu solide des pulpes de betteraves par Trichoderma album.  -  Thèse de doctorat sous la direction de J.M. BELIN (1986).

  • (5) - PANDEY (A.) -   Solid-state fermentation.  -  Biochemical Engineering Journal, 13, p. 81-84 (2003).

  • (6) - GUPTE (A.), MADAMWAR (D.) -   Production...

1 Site Internet

Programme OSIRIS : http://www.soufflet.com/fr/activites/biotechnologie.html

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2 Brevets

ROUSSOS (S.), LABROUSSE (Y.J.C.), LAKHTAR (H.) et TRANIER (M.S.). – Device for fermentation in solid medium and associated method of use. World Patent n° WO 18/206118 (2018).

DURAND (A.), RENAUD (R.), MARATRAY (J.), ALMANZA (S.) et PELLETIER (A.). – Bioréacteur Plafractor de Biocon. World Patent n° WO 00/29544 (2000).

TAKAMINE (J.). – Procédé de fabrication d’enzymes diastasiques. US Pat. 525820 et 525823 (1894).

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3 Annuaire

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3.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)

Fujiwara (Japon) : http://www.fujiwara-jp.com/

Biocon (Inde) : http://www.biocon.com

Lyven (France) : http://www.lyven.com

Soufflet (France) : ...

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