La FMS est non seulement utilisée traditionnellement (exemple : maturation des fromages par les moisissures) mais aussi industriellement dans divers procédés comme :
- La production de la biomasse (la production du blanc de champignons) ; - La production d’enzymes (pectinases, cellulases, lipases…) ;
- La production de métabolites secondaires (mycotoxines, substances aromatiques…) ; - La production de spores (la lutte biologique, biopesticides).
La FMS a subi une évolution très importante en partant du traditionnel à l’industriel et ceci est bien montré dans le tableau suivant :
Tableau I-11 : Principales étapes et applications ayant marqué l’évolution de la FMS au cours de l’histoire. (Pandey, 1992)
Période Développement et Applications de la FMS 2600 avant J.C. Panification par les Egyptiens.
Avant J.C. Fabrication du fromage par P. roqueforti.
18ème siècle L’acide gallique utilisé en tannerie et en parfumerie. 1860-1900 Traitement des eaux usées.
1900-1920 Production d’enzymes à partir de champignons.
1920-1940 Enzymes d’origine fongique, acide citrique, fermenteur à tambour rotatif.
1940-1950 Développement notable dans l’industrie de fermentation. Production de la pénicilline par FMS et FML.
1950-1960 Transformation de stéroïdes par culture de champignons. 1960-1980 Production de mycotoxines et de P.O.U.
Après 1980 Production d’une multitude de produits tels que l’alcool, l’acide gibbérellique et le blanc de champignons comestibles.
7.4.1. Production d’enzymes :
On peut distinguer deux groupes d’enzymes industrielles :
- Les enzymes hautement purifiées destinées aux analyses et diagnostics et dont la quantité se mesure en grammes ;
- Les enzymes industrielles de masse, essentiellement les amylases, les lipases et les protéases qui sont utilisées dans les industries de l’amidon et des détergents et dont la quantité se mesure en tonnes.
La recherche et l’utilisation des enzymes produites d’une façon simple et économique ont pris un intérêt considérable. L’utilisation des micro-organismes en général, et les champignons en particulier ont une importance particulière du fait qu’on peut produire différentes enzymes, en grande quantité et d’une façon simple. Quelques exemples de production d'enzymes sont présentés dans le tableau suivant :
Tableau I-12 : Production d’enzymes par des champignons thermophiles et thermotolérants.
Enzyme Micro-organisme
Cellulase
Chaetonium thermophile, Humicola grisea et Humicola insolens Aspergillus fumigatus
Rhizopus microsporus, A. fumigatus et Thermoascus sp. Ch. thermophile et H. insolens
Humicola insolens et A. fumigatus Aspergillus fumigatus, Sporotrichum sp.
Thermoascus aurantiacus et Torula thermophile, Humicola grisea Trichodema harzianum
ß-glucosidase
ß-xylosidase A. fumigatus, R. microsporus, Rhizomucor pusillus
Xylanase Thielavia terrestris Humicola sp. Humicola lanuginosa Lipase H. lanuginosa
Rh. pusillus, H. grisea, Talaromyces thermophilus, Thermoasus crustaceus, Rh. miehei, A. fumigatus, R. microsporus et Rh. pusillus Thermomyces lanuginosus
Amylase
A. fumigatus, Rh. microsporus, Rh. pusillus Thermomyces lanuginosus
Humicola grisea
Protéase H. lanuginosa
Rh. miehei
DNAase, RNAase,
7.4.2. Les substrats et les supports :
Il y a une multitude de substrats qui sont largement utilisés dans les FMS, tels que le manioc, le son de blé, la pulpe de betterave, la bagasse de canne à sucre, le Grignon d’olive, etc.
7.4.2.1. Le grignon d’olive (GO) :
Il existe différents types de GO selon le mode de traitement subi :
- Le grignon brut (Tableau I-13) : Produit lors de la première extraction de l’huile par pression de l’olive entière. Il contient une quantité non négligeable d’huile résiduelle. - Le grignon brut des Maâsra (Tableau I-14) : Résidu solide de la première extraction de l’huile d’olive dans les unités traditionnelles (photo1). Il contient une teneur en huile résiduelle et en eau relativement plus élevée que le grignon brut industriel, d’où son altération rapide à l’air libre.
Tableau I-13 : Composition chimique des GO (Nemmaoui, 1997).
en % matière sèche Type Matière sèche Matière
minérale Matière azotée totale Cellulose brute Matière grasse GO brut 69,8-90,3 3,1-14,7 5-10,3 32-47,5 5,3-12,6 GO épuisé 86-95 5,8-9,3 5-8 16-25 3,1-7,4
Tableau I-14 : Composition chimique du GO des Maâsra (Nemmaoui, 1997).
Constituants Teneur en % de matière sèche
Matières organiques Protéines brutes Cellulose Hémicellulose Lignine Matière grasse Cendres 91.9 5.2 10.6 15.7 25.5 18.4 8.1
Photo 1 : Les grignons d’olives prêts (broyés, séchés et tamisés) pour servir comme substrat pour les fermentations en milieu solide.
7.4.2.2. La bagasse de canne à sucre :
La bagasse est définie comme étant le résidu solide issu du broyage de la canne à sucre (Roussos, 1985). Elle est constituée de deux fractions :
- Les fibres : sont riches en cellulose et sont utilisées, directement ou après hydrolyse, dans la production de sucres fermentescibles, de la pâte à papier, d’alcool, etc.
- La moelle : n’a pas d’utilisation industrielle, cependant elle présente une surface spécifique élevée et une très grande capacité de rétention d’eau, d’où son utilisation comme support servant à l’absorption des solutions nutritives dans le cas de la FMS (Saucedo-Castañeda, 1991) (Photo 2).
La composition chimique de la bagasse de canne à sucre dépend de plusieurs facteurs, notamment la variété, les conditions pédoclimatiques lors de la croissance, la méthode d’extraction du sucre et les conditions de stockage (Tableau I-15).
Tableau I-15 : Composition chimique moyenne de la bagasse de canne à sucre. (cité dans Nemmaoui, 1997)
Constituants Teneur en % de matière sèche
Matières organiques Protéines brutes Cellulose Hémicellulose Lignine 96.63 1.1-2.1 40-43.1 35.16-37.2 18.9-26.6
Photo 2. La bagasse, un résidu de la canne à sucre, a un potentiel intéressant en Biotechnologie et peut être utilisé comme support naturel pour les FMS.
Les FMS sont des processus aérobies où la respiration est fondamentale pour l’approvisionnement en énergie. Mais à cause du métabolisme respiratoire fongique qui est fortement exothermique, la rupture éventuelle de la croissance du champignon peut se produire notamment quand le transfert thermique n’est pas assez efficace. C’est pourquoi il est important d’étudier et de contrôler la respirométrie lors de la FMS. La FMS est un procédé bien adapté pour la culture des mycètes sur les matières végétales pour la production d’enzymes thermostables ceci grâce à ses plusieurs avantages par rapport à FML (Roussos,1985).