Production d’enzymes par fermentation en milieu solide

Production d’enzymes par fermentation en milieu solide

 
Les origines

Jokichi Takaminea été le premier à décrire le procédé industriel de production d’enzymes à partir d’une fermentation en milieu solide (solid state fermentation ou Koji process). Il s’est inspiré de pratiques traditionnelles. Les anciens n’ont pas attendu de comprendre les mécanismes de fermentation ou de connaître les microorganismes pour produire des aliments fermentés.

 
Les produits fermentés

Plus de 3 500 aliments fermentés traditionnels d’origine animale ou végétale existent dans le monde (produits laitiers comme les yaourts ou les fromages, produits carnés comme le saucisson, pain et viennoiseries, légumes fermentés comme la choucroute ou les olives)

En Afrique, des aliments sont fabriqués à partir de féculents fermentés (igname ou manioc).

En Europe, le fromage, le pain, les yaourts sont particulièrement appréciés.

En Asie, c’est à partir du soja et du poisson que sont produits les aliments du quotidien comme la sauce soja, la soupe miso (lien vers La tradition source d’innovation : la soupe miso)...


 
La fermentation en milieu solide vs la fermentation liquide

La fermentation en milieu solide (SSF pour Solid State Fermentation) est la méthode traditionnelle de production des enzymes, telle que mise au point par Jokichi TAKAMINE (lien vers article TAKAMINE). Au fil des années, la technologie a bien entendu évolué pour améliorer la productivité des fermentations. Néanmoins, les qualités et les avantages fondamentaux de la fermentation en milieu solide (SSF) ont été maintenus. En effet, la SSF permet de produire une gamme d’activités enzymatiques plus complète que celle produite par  fermentation en milieu liquide (DTF pour Deep Tank Fermentation).
Un autre avantage de la technologie SSF telle que mise en œuvre par Shin Nihon au Japon, est la possibilité de produire des enzymes très spécifiques en petit batch.

 
Un procédé d’avenir
L’expression Solid State Fermentation (SSF, fermentation en milieu solide) génère plus de 57 000 réponses de 2004 à 2009 quand on interroge le moteur de recherche de publications scientifiques Scirus. Soit plus du double que pendant les 5 années précédentes. Sur les seules sources des journaux scientifiques, le volume de publications passe de 2088 à 4354.
 
Les grandes étapes du procédé
Les deux principales étapes de la production d’enzymes sont la fermentation et la purification. Les enzymes produites par Shin Nihon Chemical sont produites à partir de souches non génétiquement modifiées. Est présenté, ici, le procédé traditionnel dit Koji Process.
 
La phase de fermentation

Les microorganismes comme Aspergillus oryzae sont mis en culture sur un substrat de son de blé par exemple. Le substrat inoculé est ensuite disposé sur des plateaux de 4 à 5 cm de hauteur. Puis ils sont placés dans une salle d’incubation où les conditions aérothermiques sont maîtrisées.

Un important mycellium se développe sur le substrat.

 
Le substrat
Non-soluble, le substrat agit comme support physique et comme nutriment pour les levures ou les champignons. Le substrat idéal doit contenir tous les nutriments nécessaires à la croissance. La taille des particules de substrat est un paramètre important. Trop petite, elle risque de provoquer des agglomérats peu favorables à la croissance. Trop grande, la respiration, l’aération sont meilleures mais la surface d’attaque des microorganismes est réduite. L’aw (l’activité de l’eau) est un autre des paramètres à maîtriser.
 
La phase de purification
Suivant l’application finale, les enzymes sont présentées sous forme liquide, granulée ou poudre . Après la fermentation, les enzymes vont être extraites à l’eau du substrat. Puis l’extrait va être concentré et filtré. Puis le filtrat subira une étape de séchage, de mélange ou de granulation suivant la forme voulue : poudre, liquide ou granulée.
 
Pour aller plus loin
(1)Aliments fermentés (Inra)

Accéder au site de INRA

(2) Solid-state fermentation. Pandey, Ashok (2008, June 13). SciTopics. Retrieved February 16, 2010, from SCITOPICS

Genomics of Aspergillus oryzae: Learning from the History of Koji Mold and Exploration of Its Future. Masayuki Machida, Osamu Yamada, and Katsuya Gomi, DNA Res. 2008 August; 15(4): 173–183. NCBI