Fermentation en Milieu Solide, Entre Ingénierie Et Microbiologie (1)

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  • 7/24/2019 Fermentation en Milieu Solide, Entre Ingnierie Et Microbiologie (1)

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    Master 2 Pro| Parcours Valorisation de la Biodiversit et des Bio-ressources

    MASTER SET

    Spcialit Sciences de la Biodiversit et Ecologie

    Anne 2013-2014

    Rapport bibliographique

    La fermentation en milieu solide, entreingnierie et microbiologie

    Prsent par Quentin CARBOUMatre de stage : Sevastianos ROUSSOS

    Tuteur universitaire : Claude PERISSOL

    Stage effectu lIRD

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    Tuteur: Sevastianos Roussos

    Charte anti-plagiat

    Je soussign, Quentin Carbou, tudiant en deuxime anne de Master SET spcialit

    SBE parcours VaBB Aix-Marseille Universit, atteste sur lhonneur que le prsent mmoire

    a t crit de mes mains, que ce travail est personnel et que toutes les sources

    dinformations externes et les citations dauteurs ont t mentionnes conformment aux

    usages en vigueur (Nom de lauteur, nom de larticle, diteur, lieu ddition, anne, page).

    Je certifie par ailleurs queje naini contrefait, ni falsifi, ni copi luvre dautrui afin

    de la faire passer pour mienne.

    Fait Marseille, le 14/03/2014

    Signature:

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    Sommaire

    1Introduction sur les fermentations.................................................................................................... 1

    2Dfinition de la Fermentation en Milieu Solide ................................................................................ 2

    3 - Comparaison entre la FMS et la culture en milieu liquide ................................................................. 3

    3.1 - Avantages de la FMS par rapport aux cultures liquides .............................................................. 3

    3.2 - Dsavantages de la FMS par rapport aux cultures liquides ........................................................ 5

    4 - Bioracteurs et suivis des procds FMS ........................................................................................... 5

    4.1 - Echelle macroscopique ................................................................................................................ 7

    4.2 - Echelle microscopique ................................................................................................................. 9

    4.3 - Scaling-up.................................................................................................................................. 10

    4.4 - Suivi du processus ..................................................................................................................... 12

    5 - Aspect valorisation ........................................................................................................................... 12

    6 - Champignons filamenteux................................................................................................................ 13

    6.1 - Taxonomie et reproduction ...................................................................................................... 13

    6.2 - Physiologie de croissance et sporulation .................................................................................. 14

    7 - Production de biomasse, de mtabolites et de spores .................................................................... 15

    7.1 - Production denzymes............................................................................................................... 16

    7.2 - Mtabolisme secondaire, production de molcules bioactives................................................ 16

    7.2.1 - Elments de rgulation spcifiques au cluster................................................................... 18

    7.2.2 - Elments de rgulation lis lenvironnement................................................................. 18

    7.2.3 - Rgulation globale .............................................................................................................. 19

    7.3 - Physiologie de sporulation, conidiognse et production dinoculum..................................... 21

    8 - Conclusion ........................................................................................................................................ 23

    9 - Rfrences bibliographiques ............................................................................................................ 24

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    Index des tableaux

    Tableau 1: exemples de mtabolites secondaires produits avec des rendements suprieurs en FMSquen culture en milieu liquide. .............................................................................................................. 4

    Tableau 2: les principaux bioracteurs.................................................................................................... 5

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    Index des figures

    Figure 1: le fonctionnement dun bioracteur vu deux chelles........................................................ 10

    Figure 2: principales tapes du cycle de vie de Trichoderma harzianum en fonction de laspect

    morphologique de son dveloppement sur substrat solide dans des conditions optimales.. ............. 15

    Figure 3: deux modes de reproduction adapts des conditions de milieu diffrentes chez A.

    nidulans.. ............................................................................................................................................... 21

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    1 - Introduction sur les fermentations

    La fermentation en milieu solide (FMS) est un procd ancestral plurimillnaire,

    traditionnellement utilis dans lalimentation. En Asie, le koji japonais, le tempeh indonsien

    et le ragi indien sont tous des aliments ferments obtenus par ce processus (Mienda et al.

    2011). En Europe ce procd a galement t largement utilis, par exemple dans la

    production de fromages: le Roquefort, le Gorgonzola et le Camembert sont produits via la

    croissance de champignons du genre de Penicillium sp. (Takahashi et Carvalho 2010).

    Aujourdhui, bien que la FMS soit un procd toujours largement utilis dans lalimentation

    humaine, ses applications se retrouvent galement dans de nombreux secteurs telles que la

    production d'enzymes, l'alimentation animale avec l'enrichissement protique de

    coproduits, l'nergie avec la production de biodiesel, l'agriculture avec la production

    d'hormones vgtales et de biopesticides, etc. (Robinson et al. 2001). Lun des moteurs

    essentiel au dveloppement de la FMS est la proccupation grandissante de la durabilit

    dans le dveloppement des bioprocds. Cela ne peut toutefois saffranchir du fait que le

    choix dun substrat est principalement limit par le prix et la disponibilit de celui-ci (Pandey

    et al. 2000). Il se trouve que lindustrie agricole produit un tonnage important de coproduits

    dont la majeure partie reste inutilise et gnre des pollutions environnementales

    (Arumugam et al. 2014). Ce constat conduit naturellement lutilisation de coproduits

    agricoles comme milieu de culture pour les FMS, inscrivant de fait le procd dans une

    dmarche de valorisation de la biomasse. Paralllement cet aspect de gestion des

    coproduits, la FMS permet la production des hauts niveaux quantitatifs et qualitatifs de

    molcules commercialisables. Le bon droulement du processus repose en grande partie la

    fois sur llaboration du bioracteur, sige de linteraction de toutes les variables et sur le

    comportement du microorganisme, que seule une approche multidisciplinaire permet

    dapprhender (Raghavaraoa et al. 2003). Par ailleurs, sagissant de production de biomasse

    ou de molcules dintrt, le processus est souvent amen tirer profit du mtabolisme

    secondaire et la sporulation; deux phnomnes intimement lis gntiquement et qui sont

    rguls en partie par lenvironnement extrieur. Pour ces raisons, la FMS est la croise de

    lingnierie et de la microbiologie.

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    2 - Dfinition de la Fermentation en Milieu Solide

    La FMS est le processus de croissance microbienne o la culture se dveloppe en surface,

    l'intrieur d'une matrice poreuse solide et en l'absence d'coulement libre de liquide (Oriol

    1987; Raghavaraoa et al. 2003). Cette matrice poreuse solide assure une fonction de support

    mais galement de substrat lorsquelle constitue une source de nutriments, lutilisation de

    mlanges de substrats est dailleurs courante afin de fournir une alimentation complte au

    microorganisme. La FMS utilise dans la trs grande majorit des champignons filamenteux,

    lutilisation par ce type de procd de microorganisme unicellulaire est rare (Rajendran et

    Thangavelu 2013). Ladhrence ainsi que la pntration des microorganismes au sein du

    substrat est directement fonction des proprits physiques de la structure de ce derniertelles que la surface, la surface biodisponible, la porosit, etc. qui influencent donc

    directement la croissance ainsi que la production ventuelle de molcules (Guan et al. 2014).

    Toujours concernant la structure, la taille des particules du substrat est galement un

    facteur important au cours de la FMS : dune manire gnrale les particules de petite taille

    sont plus accessibles aux micro