La fermentation en milieu solide : une solution pour améliorer et valoriser les aliments

Fromage, pain, sauce soja,  arôme, pigment… saviez-vous que tous ces produits peuvent être obtenus grâce à la fermentation en milieu solide ?

La fermentation en milieu solide (FMS) est une des plus anciennes techniques de conservation et de fermentation des aliments connue au monde. Pourtant plus naturelle et plus économique que la fermentation en milieu liquide, la FMS reste peu utilisée en Europe.

Conséquence des enjeux environnementaux actuels (préservation des ressources, lutte contre le gaspillage, refus des produits pétro-sourcés) et de la demande croissante des consommateurs en aliments « clean label » et en alternatives végétales, la fermentation en milieu solide suscite un regain d’intérêt de la part des industriels. Valorisation des co-produits agricoles, fabrication d’aliments fonctionnels, production d’additifs alimentaires naturels… les applications sont nombreuses.

Comment fonctionne le procédé de fermentation en milieu solide ? Quels en sont les avantages ? Quelles applications possibles en agroalimentaire ?

Eclairages avec Stéphanie Sutter, ingénieure R&D chez SAYENS.

La fermentation en milieu solide : un procédé ancien

Depuis des siècles en Asie, la fermentation en milieu solide est utilisée dans la fabrication de produits traditionnels tels que la sauce soja, le saké, ou le tempeh. Elle consiste à cultiver des microorganismes, le plus souvent des champignons filamenteux, sur des substrats solides (riz, soja, son de blé…).

Bien que moins répandu en Occident, le procédé est employé pour la fabrication du pain (levure) et pour l’affinage des fromages. « Historiquement, si la fermentation en milieu liquide est plus répandue en Europe, c’est pour des raisons pratiques. Les scientifiques ont utilisé des cuves issues de la chimie adaptées au procédé liquide déjà à disposition. Ensuite, c’est le manque de constructeurs d’équipements en Europe et de personnes maîtrisant le procédé qui ont fini de faire passer la FMS au second plan » nous explique Stéphanie.

Une convergence de différents facteurs - attentes des consommateurs pour plus de naturalité, progrès réalisés dans les équipements pilotes et industriels, demande pour des aliments présentant des bénéfices nutritionnels et/ou fonctionnels, etc. - poussent les IAA à porter un regard nouveau sur la fermentation en milieu solide et ses avantages.

Pourquoi choisir la fermentation en milieu solide ?

Une méthode naturelle et écologique

De manière générale, la FMS est un procédé plus durable que la fermentation en milieu liquide : elle produit moins d’effluents à traiter et consomme moins d’eau et d’énergie. Si la fermentation en milieu liquide se fait à 100% dans l’eau, la FMS ne nécessite que 70 à 50% d’eau mêlée à 30 à 50% de substrat végétal. « C’est aussi un procédé complétement naturel. Contrairement à la fermentation en milieu liquide, la FMS n’est pas réalisé dans un milieu synthétique. Ce qui en fait une méthode particulièrement intéressante pour les industriels de l’agroalimentaire à la recherche d’ingrédients ‘clean label’ », complète Stéphanie.

Gains de temps et d’argent

« La fermentation en milieu solide ne nécessite pas obligatoirement de procédé de stérilisation et le séchage du produit fini peut se réaliser dans un seul et même réacteur. Cela représente d’importants coûts en moins pour les entreprises en matière d’équipements » commence Stéphanie, avant d’insister sur la productivité volumique de la FMS : « de 10 à 100 fois plus importante que la fermentation en milieu liquide, selon la molécule d’intérêt ciblée ».

Et en pratique ?

De la fiole à la cuve

Si les atouts de la FMS vous ont convaincus de son intérêt, quelle solution pour vous lancer ? « Dans le cadre de nos activités R&D partenariale au sein de Sayens, nous collaborons avec les industriels dans leurs démarches d’innovation procédé et produit. En tant qu’experts technologiques, notre rôle est de tester, améliorer, valider et développer leur solution. Nous avons coutume de dire que nous les accompagnons de la fiole à la cuve », explique Stéphanie. « Notre adossement aux compétences et moyens scientifiques de l’Université de Bourgogne et d’AgroSup Dijon, (notamment la plateforme de pré-développement en biotechnologies) nous permet d’accompagner les entreprises sur toute la chaîne de développement du projet : preuve du concept, passage à l’industrialisation, conseils sur les équipements, visite sur site, etc. », ajoute-t-elle. 

Domaines d’application

Agroalimentaire (alimentation humaine et animale, additifs « clean label »), biomédical, bioénergie, biopolymères, biostimulants, etc. 

Les domaines d’applications sont nombreux et la fermentation en milieu solide apporte une forte valeur ajoutée comme le souligne Stéphanie : « le procédé permet par exemple d’améliorer la qualité nutritionnelle des matières premières : digestibilité, enrichissement en protéines, vitamines, minéraux… ».

La FMS favorise la valorisation des sous-produits issus de l’agriculture et des co-produits issus de la transformation agroalimentaire. « La fermentation de sous-produits végétaux comme la pulpe de betterave ou le son de blé – matières premières peu chères et abondantes – permet la production de biofertilisant. Le procédé de fermentation permet d’obtenir une forte concentration en microorganismes et notamment en spores qui, une fois dans le sol, favorisent le développement des plantes via leurs activités métaboliques » nous explique Stéphanie. Un bon moyen pour créer de la valeur et des solutions durables à partir de matières premières autrefois jugées sans intérêt.

Valorisation de co-produits : l’exemple du tourteau de colza

L’alimentation animale est en partie composée de tourteaux de soja OGM issus des productions américaines et brésiliennes. Un mode d’alimentation qui pose plusieurs problèmes en France : la dépendance aux importations de soja étranger et le rejet des consommateurs pour des produits carnés dont la viande est issue de filière nourrie aux OGM. En parallèle, l’activité de la filière agroalimentaire génère de nombreux co-produits qui n’attendent plus qu’à être utilisés et valorisés.

Prenons l’exemple du tourteau de colza pour l’alimentation animale. Au départ, c’est un produit bon marché mais nutritionnellement moins intéressant que le soja car plus pauvre en protéine (34% contre 45% pour le soja). « Grâce au procédé de fermentation en milieu solide, les qualités nutritionnelles et technologiques du tourteau de colza ont été considérablement améliorées : augmentation de la teneur en protéines (45% comme pour le soja) et amélioration de la digestibilité par l’enrichissement en enzymes. Le procédé a également permis la mise en évidence d’une activité biologique d’intérêt (objet d’un brevet) qui stimulerait les défenses immunitaires et limiterait la mortalité des jeunes animaux d’élevage », nous renseigne Stéphanie. « Nous avons testé une quarantaine de souches de microorganismes pour déterminer la plus efficace afin d’obtenir les résultats souhaités. Un Aspergillus a été retenu car il présentait également des avantages au niveau industriel : développement rapide, inoculum (spores) facile à obtenir et à conserver, résistance à l’agitation et à une large gamme de pH », complète-t-elle.

« Avec des consommateurs en quête de naturalité et d’aliments fonctionnels, la fermentation en milieu solide a tous les atouts pour susciter l’intérêt des industriels » s’enthousiasme Stéphanie. « Saviez-vous que la FMS permet de produire des aliments riches en antioxydants ou anticholestérolémiques ? » ajoute-t-elle pour finir de nous convaincre.

Les mots-clés

Fermentation, milieu solide, valorisation co-produit, industrialisation, protéines, aliments fonctionnels, enrichissement, agroalimentaire, innovation, naturalité

Envie d'aller plus loin ?

• Stéphanie Sutter, France Thevenieau, Anne Bourdillon et Joëlle De Coninck (2016) Immunomodulatory Properties of Filamentous Fungi Cultivated through Solid-State Fermentation on Rapeseed Meal, Applied biochemistry and biotechnology
• https://www.sayens.fr/