Fermentation en milieu solide (FMS) : Fermentation en milieu solide versus fermentation en milieu liquide

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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)

Francis DUCHIRON : Professeur URCA - UMR FARE 614 – INRA/URCA, Reims
Estelle COPINET : Maître de conférence URCA - UMR FARE – 614 INRA/URCA, Reims

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. On réserve ce terme à des procédés plus élaborés mis au point en laboratoire et mis en œuvre dans des bioréacteurs. Les fermentations sont associées aux biotechnologies et sont essentiellement, dans nos industries, des procédés en milieu liquide.

Actuellement, les procédés en phase solide connaissent 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.

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VERSIONS

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Version courante de juil. 2019 par Francis DUCHIRON, Estelle LEGIN-COPINET

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bio620

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Développement d'une fermentation en milieu solide

3. Fermentation en milieu solide versus fermentation en milieu liquide

La fermentation en milieu liquide est particulièrement bien adaptée aux cultures des micro-organismes unicellulaires comme les bactéries et les levures, alors que la fermentation en milieu solide est, elle, bien adaptée aux organismes mycéliens. En effet, l'agitation nécessaire pour homogénéiser les milieux liquides (et les oxygéner pour les cultures aérobies) entraîne des contraintes de cisaillement que peu de souches mycéliennes sont capables de supporter (même si des souches fongiques ont pu être adaptées avec succès à ce type de culture). En outre, il n'y a pas de contraintes d'oxygénation en fermentation en milieu solide, le mycélium étant directement en contact avec l'oxygène de l'air.

C'est donc naturellement vers les productions mycéliennes fongiques que ce type de fermentation a trouvé le plus d'applications.

Les premières applications non alimentaires ont été pour la production d'enzymes, essentiellement pour la production des enzymes hydrolysant les polymères végétaux. En effet, ces enzymes ne sont produites que par un système inductible où l'inducteur naturel est le polymère naturel. Ces polymères sont très peu solubles en phase aqueuse, ce qui implique de très grands volumes pour pouvoir les utiliser en fermentation liquide (dans ce cas, il vaut mieux parler de « fermentation submergée », car, même si les appareils sont les mêmes, le milieu contient énormément de particules solides en suspension !). Alors qu'en phase solide, le substrat de base est lui-même l'inducteur, ce qui entraîne des réacteurs beaucoup moins volumineux pour obtenir les mêmes niveaux de production, comme le montre le tableau 1.

La productivité des souches est sensiblement la même dans les deux systèmes (liquide et solide) quand on regarde l'efficacité par rapport à la matière sèche initiale ; par contre, ramenée au volume des réacteurs, elle est près de cent fois plus importante en solide.

Un autre avantage que l'on peut tirer des fermentations en milieu solide par rapport aux fermentations en milieu liquide sont les faibles volumes d'eau à traiter, ce qui pose moins de problèmes d'effluents et de récupération des produits.

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