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La fermentation artificielle et ses rôles dans les industries alimentaires
Docteur R. Al Bassam . |
(Because most of the processes involved in the transformation of dates into various products are based on fermentation, we thought that the publication of an article explaining the main steps of the fermentation would help the reader to better understand our main scientifical concerns. This following article has been written for that purpose by our Director of the fermentation : Dr. Raad Al Bassam. It is written in French. A translation in English will be soon available). |
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La fermentation artificielle joue un rôle très important dans les différentes industries. Elle est utilisée dans de nombreux produits alimentaires et pharmaceutiques qui ne peuvent être produits sans la fermentation artificielle et en utilisant différents micro-organismes. |
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Il est possible de donner une définition simplifiée du mécanisme de la fermentation artificielle comme suit : ‘on appelle fermentation artificielle, toute utilisation en laboratoire de certains organismes, pour produire de nouvelles matières utiles ayant une valeur économique’. |
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Le processus se réalise par la remise en ordre de différentes activités biologiques. Comme exemple de ce processus, on peut citer celui de la fermentation du lait pour produire du yaourt ou celui de la fermentation du jus de dattes ou de raisin pour produire de l’alcool. |
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Le mot fermentation provient du latin ‘fervere’ qui signifie bouillonnement ; celui-ci est caractéristique au début de la fermentation alcoolique lorsque des bulles gazeuses apparaissent à la surface du liquide. Le processus est connu de longue date, environ 3000 ans. Des traces de différentes utilisations du processus de fermentation : du lait, du pain et du vin ont été trouvées dans des vestiges d’anciennes civilisations de Babylone et d’Egypte.
La fermentation est en général due à la production par certains micro-organismes d’enzymes et de produits chimiques qui oxydent et réduisent les constituants organiques, tel le glucose. |
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Ce dernier constitue l’origine du carbone nécessaire à la croissance des micro-organismes. Le processus s’accompagne de production de nouveaux produits utiles à l’homme, tels que ; l’alcool, les acides et solvants organiques ainsi que différents gaz comme l’hydrogène et le CO2 ainsi que la production d’antibiotiques, d’hormones et de différentes protéines. |
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| Les types de fermentations artificielles |
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| Il y a plusieurs types de fermentations qui prennent leur nom en fonction du produit final, résultat du processus de fermentation : |
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1- La fermentation alcoolique :
Le produit final, résultat du processus de fermentation est la production d’alcool ainsi que les produits alcooliques. Au cours de ce processus, on utilise des ferments et des produits sucres, comme le jus de dattes ou de raisin ou des déchets agricoles et industriels, tel que les racines, les déchets de la production alimentaire, les restes de certaines récoltes comme ‘l’Alfa alfa’, le mais et d’autres.
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Il y a plusieurs types de fermentations qui prennent leur nom en fonction du produit final, résultat du processus de fermentation :
L’essentiel de ce processus chimique se résume ainsi :
Les produits sucres (le glucose) se décomposent sous l’action d’enzymes produits par les ferments tel que : la protéase, la lipase, l’amylose et la pectase, et ceci sous l’influence de l’acide pyruvique qui entraîne des réactions d’oxydation.
Ces réactions d’oxydation s’accompagnent d’un transfert d’électrons et de protons. Ces séries de réactions chimiques appelées décarboxylation produisent d’autres éléments appeles acétaldéhyde ainsi que du gaz CO². L’acetyldehyde se transforme en alcool ou éthanol. Ce type de fermentation est appelée la fermentation alcoolique; c’est la plus répandue.
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2- La fermentation lactique |
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Le produit, résultat final de cette fermentation est la production d’acide lactique. Ce processus est aussi réalisé par l’intervention de certaines bactéries telles que : le streptococcus ou le lactobacillus.
Ces bactéries facilitent la transformation du lactose en acide lactique. Le meilleur exemple de ce processus est la production du yaourt.
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3- La fermentation butyrique |
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Le produit de cette fermentation est l’acide butyrique, utilisé dans de nombreuses industries. On utilise une bactérie anaérobique telle que le clostridium qui entraîne la décomposition du glucose présent dans le milieu nutritif utilisé. |
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Le quatrième type de fermentation est appelé propénoïque |
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Il est du à la présence de la bactérie anaérobique du clostridium.
Un schéma, résumant toutes les étapes chimiques de la fermentation est donné figure 1.
Nous pouvons en conclure que les modifications des produits résultant du processus de fermentation, sont dues à la présence ou à l’absence de certaines enzymes produites par les micro-organismes utilisés dans le processus de fermentation tels que la bactérie de l’acide lactique ou la bactérie lacto-bacillus.
Mais, ces bactéries sont dépourvues de pyruvate de carboxylase, qui entraîne la réduction de l’acide pyruvique en acide lactique, tandis que pour le ferment de la bière, le processus de fermentation commence par la décarboxylation de l’acide pyruvique. Par la suite, le composant acétyldéhyde se réduit en alcool éthylique comme le montre la réaction suivante : |
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Comment ce processus de fermentation se réalise-t-il ?
Le processus de fermentation dépend des deux principaux éléments suivants :
- les micro-organismes
- le milieu nutritif.
De plus, d’autres conditions sont nécessaires à la croissance des micro-organismes, comme :
- La température : qui est un facteur essentiel pour la croissance des micro-organismes ainsi que pour les réactions des enzymes. Par exemple, il y a certains micro-organismes qui croissent bien à des températures élevées jusqu'à 55ºC ; d’autres sont actifs à des températures moyennes et les derniers le sont à des températures basses, de l’ordre de 10 à 15ºC.
Il faut donc, définir et fixer la température optimale pour la croissances des micro-organismes en vue d’obtenir la plus grande quantité de matière produite.
- L’acidité ou le pH : c’est aussi un facteur essentiel l à la croissances des micro-organismes. Certains réagissent à un taux élevé d’acidité, tels que les champignons ; d’autres comme certaines bactéries nécessitent un faible taux d’acidité, voir nul.
- L’aération : c’est l’arrivée de l’oxygène stérile pure aux systèmes de fermentation, durant la croissance des micro-organismes.
C’est un élément essentiel aux réactions biochimiques, surtout les réactions d’oxydation, ou l’oxygène serait le ‘receveur’ des électrons et des protons libèrent lors de l’oxydation des matières organiques par les enzymes décomposées qui sont produites par certains micro-organismes.
En outre, l’oxygène est considéré comme un facteur purifiant du milieu nutritif dans les appareils de fermentation. Au cours de la croissance de différents micro-organismes, des gaz dangereux pour cette croissance, se forment dans l’appareil de fermentation, surtout du gaz carbonique. Il est donc nécessaire d’insuffler une certaine quantité d’oxygène dans l’appareil de fermentation, à un débit constant, afin d’évacuer les gaz dangereux hors de l’appareil de fermentation.
- L’agitation : l’agitation continue dans l’appareil de fermentation est un facteur important et influant dans la croissance des micro-organismes.
En effet, elle met en contact direct, les matériaux alimentaires se trouvant dans le milieu nutritif avec les micro-organismes. Elle favorise aussi leur répartition régulier dans l’appareil de fermentation pour l’empêcher de précipiter dans le fond. L’agitation est aussi importante afin d’obtenir une aération régulière dans l’appareils de fermentation.
Les appareils d’agitation ont plusieurs formes dont le but est l’agitation continue des matières à l’intérieur de l’appareil.
Tout ce qui a été cité ci-dessus ne peut être réalisé sans la présence d’un réservoir ou tout le processus de fermentation se produit. Ce réservoir est appelé le ‘fermenteur’. Il existe plusieurs type d’appareils de fermentation de volumes variables, allant d’un litre 3 à 300 m³. Ils sont de forme cylindrique avec d’épaisses parois formées de verre ou d’acier inoxydable.
Les appareils de fermentation sont reliés à plusieurs systèmes de contrôles : température, acidité, aération, pression ainsi que les mousses à l’intérieur de l’appareil de fermentation.
Il y a aussi des ouvertures pour l’introduction et le retrait des matières entrant dans le processus de fermentation.
L’objet de toutes ces facilités est d’accélérer la fermentation et d’arriver à des résultats positifs. Dans ce sens il ne faut pas oublier que la pollution à des effets négatifs sur la fermentation. Pour cela, il est nécessaire de mettre les appareils dans des chambres spéciales et stériles.
Traduction : Dr. Abdullah DROUBI
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