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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

Régulations en FMS
Fermentation en milieu solide (FMS)

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

Relu et validé le 02 sept. 2020

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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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6. Régulations en FMS

Les procédés de fermentation en milieu solide sont plutôt simples à mettre en place, mais bien plus difficiles à réguler que ceux en milieu liquide. Les substrats utilisés, issus de coproduits agricoles et agro-industriels sont insolubles, complexes et hétérogènes. Souvent, il est nécessaire de réaliser une préparation (par exemple : réduction de la taille des particules de substrat, complémentation en nutriments) et un prétraitement (par exemple : chauffage, destruction partielle de la flore autochtone) pour transformer le substrat « brut » en substrat accessible et utilisable par les micro-organismes.

En fonction du substrat et du micro-organisme utilisés, on adapte cette étape de transformation au procédé et on détermine les paramètres de développement du micro-organisme (température, humidité, aération, pH) et toute la difficulté réside ensuite dans le maintien de ces conditions optimales qui sont dépendantes de l’environnement, de l’équipement utilisé (erlenmeyer, fermenteur), des possibilités de prélèvements pour le suivi de croissance et de production, et des possibilités de régulations du dispositif.

6.1 Température

La variable température est certainement le paramètre le plus difficile à réguler lors d’une FMS. En effet, elle est intimement liée aux activités métaboliques du micro-organisme qui se développe dans le milieu. Plus le champignon filamenteux envahit le support, plus il génère de la chaleur, via son métabolisme respiratoire. Cette augmentation de température, pouvant aller jusqu’à 20 °C au-dessus de la température d’incubation, peut entraîner une dégradation des produits sécrétés dans le milieu et stopper la phase végétative de croissance et de nutrition, au profit de la phase reproductive de la moisissure au cours de laquelle se forment des conidies qui assurent la dispersion, mais qui met un terme aux activités métaboliques recherchées. Cela est à éviter sauf si le produit recherché sont les conidies elles-mêmes, comme dans les produits de lutte biologique utilisés en agriculture.

L’accumulation de la chaleur est favorisée par la faible conductivité thermique des supports-substrats constitués de polymères végétaux et par le fait que le milieu de culture ne dispose pas d’eau libre qui faciliterait le transfert de chaleur. Cette accumulation...

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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

HAUT DE PAGE

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).

HAUT DE PAGE

3 Annuaire

HAUT DE PAGE

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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