Les procédés de fermentation microbienne sont classés en fermentation aérobie et fermentation anaérobie selon les conditions de fermentation. Les méthodes de fermentation aérobie comprennent la fermentation en milieu liquide, la fermentation à la surface de supports de culture solides poreux ou granulaires, et la fermentation submergée avec oxygène. La fermentation anaérobie utilise la fermentation submergée sans oxygène. Ainsi, les fermentations aérobie et anaérobie peuvent être réalisées par culture submergée, effectuée dans un fermenteur cylindrique présentant un rapport diamètre/hauteur spécifique. Les modes opératoires peuvent être classés comme suit.
1. Opération par lots
Le substrat est introduit une seule fois dans le récipient, et la réaction est conduite dans des conditions appropriées. Après un certain temps, tous les réactifs sont éliminés.
2. Fonctionnement semi-continu
Également appelée culture en mode semi-continu, cette technique consiste à introduire une certaine quantité de substrat dans un récipient et à l'inoculer dans des conditions appropriées pour initier la réaction. Pendant la réaction, un substrat limitant spécifique est ajouté au réacteur afin de maintenir sa concentration dans une plage définie. Une fois la réaction terminée, tous les réactifs sont éliminés.
3. Opérations par lots répétées
Une fois l'opération par lots terminée, une partie du système réactionnel est retirée, la partie restante est réalimentée avec du substrat, et l'opération par lots est répétée.
4. Fonctionnement semi-batch répété
Une fois l'opération d'alimentation terminée, une partie du système de réaction est retirée, et une certaine quantité de substrat est rajoutée à la partie restante, et l'opération d'alimentation est répétée.
5. Fonctionnement continu
Une fois la réaction amorcée, le substrat est continuellement alimenté au réacteur tandis que la solution réactionnelle est continuellement retirée, de sorte que le processus de réaction reste stable et que les conditions de réaction ne changent pas au fil du temps.
1. Boissons alcoolisées
Le vin de fruits, la bière, le baijiu (alcool blanc chinois) et autres boissons alcoolisées sont tous produits par fermentation anaérobie grâce à des levures de bière, transformant ainsi le glucose en alcool. Le baijiu est distillé ; ses principaux composants sont donc l'eau et l'alcool, ainsi que certaines substances volatiles qui s'évaporent à chaud, comme divers esters, d'autres alcools et de faibles quantités d'aldéhydes et de cétones à faible chaîne carbonée. Le vin de fruits et la bière sont des boissons non distillées. Lors de la fermentation, les levures transforment le glucose du jus de fruit ou du moût en alcool, tandis que d'autres nutriments sont partiellement utilisés par les levures, produisant des métabolites tels que des acides aminés et des vitamines, qui se retrouvent également dans le liquide en fermentation. Par conséquent, le vin de fruits et la bière ont une valeur nutritionnelle plus élevée.
2. sauce de soja
Les principales matières premières pour la production de sauce soja sont le soja, ainsi que le son de blé, le blé et le maïs. Ces matières premières sont broyées pour obtenir un milieu de culture solide, qui est ensuite fermenté en aérobiose grâce à des moisissures productrices de protéases, comme Aspergillus niger. Au cours de la croissance microbienne, une grande quantité de protéases est produite, hydrolysant les protéines du milieu de culture en peptides et acides aminés. Ces derniers sont ensuite lavés et mélangés pour former la sauce soja. Ainsi, la sauce soja fermentée est riche en acides aminés et en peptides, et possède un arôme caractéristique.
3. vinaigre
La plupart des vinaigres consommés quotidiennement, à l'exception du vinaigre blanc fabriqué à partir d'acide acétique de synthèse alimentaire, sont produits par fermentation aérobie de bactéries acétiques. Ces bactéries transforment l'alcool produit lors de la fermentation en milieu solide en acide acétique. Les différentes saveurs des vinaigres proviennent des variations dans les types de micro-organismes ou de cultures de démarrage utilisés. Par exemple, la fermentation du glucose produit de l'acide lactique ou d'autres acides organiques, ce qui confère au vinaigre des profils aromatiques différents.
4. yaourt
Le lait est fermenté par des bactéries lactiques en milieu anaérobie, qui décomposent le lactose et poursuivent leur fermentation pour produire de l'acide lactique et d'autres acides organiques, ainsi que des substances aromatiques et des vitamines. Simultanément, les protéines sont partiellement hydrolysées. Le yaourt est donc un aliment nutritif et facile à digérer, pauvre en lactose, ce qui en fait un excellent choix pour les personnes intolérantes au lactose.
5. pain
Le pain est fabriqué en activant de la levure sèche active, en la mélangeant à de la farine pour la fermentation, en ajoutant divers ingrédients, puis en le cuisant au four. Au cours de la fermentation, la structure de l'amidon de la farine se modifie, la rendant plus facile à digérer et à assimiler les nutriments.
6. riz gluant fermenté
Également connu sous le nom de riz gluant fermenté, il s'agit d'un produit alimentaire obtenu par fermentation de riz cuit avec la moisissure Rhizopus en milieu aérobie. Ce riz contient de faibles concentrations d'alcool et des quantités variables de sucre. Lors de sa croissance, la moisissure Rhizopus produit une grande quantité d'amylase, qui hydrolyse l'amidon du riz en glucose, tout en utilisant une partie de ce glucose pour la fermentation et la production d'alcool. Selon la souche de Rhizopus utilisée, on obtient différents taux d'alcool, niveaux de douceur et arômes.
7. Thé
Dans le processus de fermentation des produits à base de thé, l'application judicieuse des techniques de fermentation microbienne permet d'améliorer la qualité du thé. Prenons l'exemple du thé Pu-erh : les levures jouent un rôle moteur dans la fermentation, en améliorant son efficacité et sa fiabilité. La fermentation par les levures produit de nombreuses substances actives qui influent directement sur la qualité du thé Pu-erh.
8. Légumineuses
Au cours du processus de fermentation microbienne des légumineuses, les micro-organismes peuvent transformer la matière fibreuse des légumineuses en substances solubles, exerçant ainsi efficacement la fonction de fermentation des micro-organismes.
9. enzyme
Les enzymes sont des produits contenant des activités biologiques spécifiques, obtenus par fermentation microbienne de matières premières animales, végétales et fongiques.
Des études ont démontré que la fermentation microbienne peut améliorer les saveurs caractéristiques de certains aliments d'origine végétale ou animale. Par exemple, les bactéries lactiques et les levures peuvent éliminer l'odeur de poisson de la réglisse après une seconde fermentation, conférant ainsi à l'extrait de réglisse un goût acidulé et rafraîchissant avec une légère note alcoolisée. De plus, la fermentation microbienne peut également modifier, à des degrés divers, la teneur, la composition et la forme des nutriments tels que les polysaccharides, les protéines et les lipides présents dans les aliments. Par ailleurs, certaines biotransformations des acides aminés, des flavonoïdes totaux et des lipides peuvent accroître leur valeur nutritionnelle et équilibrer leur composition chimique.
Face à la demande croissante des consommateurs pour des aliments aux propriétés fonctionnelles, la technologie de fermentation microbienne est en constante évolution. Le contrôle précis de la qualité des aliments restera un axe de recherche majeur dans ce domaine.