Fermentation en milieu solide (FMS) : Régulations en FMS

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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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Équipements de la FMS

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 ^oC 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 des calories conduit à...