Brevet FR2300806A1 — publié le 19760910

La présente invention concerne un procédé de fa'- cation de produits riches en protéines et vitamines à partir d'un substrat solide riche en amidon ou matières amylacées. -Elle concerne aussi, à titre de produits industriels nouveaux, les produits résultant de ce procédé, De façon particulière, l'invention concerne la pro lifération de micro-organismes en milita entièrement solide sur des substrats du type grains de céréales et en particulier sur des grains de mais et autres substrats à forte teneur en amidon ou produits de son hydrolyse. On sait que, compte tenu de la nature et surtout du faible taux d'humidité des céréales, notamment des grains de maïs, les micro-organlsmes ne peuvent se développer sur ces substrats à l'état solide, ce qui explique que les procédés de prolifération de micro-organismes dans le cas de telles sources - don ou de matières amylacées font généralement appel à des tech- niques de fermentation et de culture en iillieu liquide. Pour des raisons économiques et de pratique industrielle il serait souhaitable et avantageux de disposer d'un procédé rentable évitant les'inconvénients et réduisant les prix de revient élevés inh6- rents, entre autres, à la préparation et la manipulation de volumes importants de milieux liquides. Or, la présente invention répond à ces desiderata et résolut les problèmes posés dans ce domaine en fournissant un procédé essentiellement caractérisé par le fait qu'il consis- te à imbiber les grains de céréales d'une solution nutritive en quantité au moins égale à la quantité minimale nécessaire à la croissance du micro-organisme dont on recherche la prolifération, à traiter mécaniquement les grains ainsi imbibés pour en faire eclater le péricarpe et le tégument séminal, 8 ensemencer ce milieu dans un fermenteur au moyen du micro-organisme et à con- duire la fermentation dans des conditions aérobies Suivant d'autres caractéristiques - Les souches de micro-organismes susceptibles de se développer en aérobiose dans 1 procédé de l'invention sont choisies parmi les actinomycètes, les siphomycètes et les septo- mycètes tels qu'ils sont classés dans les ouvrages spécialisés en mycologie et doivent répondre à ltensanble des critbres suivants à savoir : être des souches amylolytiques ; être des souches de champignons filamenteux ne débouchant pas, en culture sur un substrat solide, sur une production importante de spores de multiplication ou de conservation ; que leur mycélium présente une teneur en protéines voisine de 40 % du poids de matière fongique sèche ; que la composition en acides aminés des protéines fongiques se rapproche autant que faire se peut de celles des protéines du soja ou de la protéine connue sous le nom de "protéine FAO" prises comme références - Dans le cas où les produits résultant de l'invention sont appliqués directement à l'alimentation humine ou animale, aux critères ci-dessus doit s'ajouter celui de la non to xicité. - Avantageusement, la souche choisie et répondant aux critères ci-dessus appartient au genre Busarium, lorsque le substrat est à base de grains de mais et en particulier les nouvelles souches déposées par la Demanderesse au Museum National d'Histoire Naturelle (12, rue Bouffon à Paris) sous les numéros GAG 56 145 - 56 148 et 56 152 (souches de Fusarium graminearum). - La solution nutritive est ufle solution aqueuse d'une substance azotée du type urée additionnée des éléments minéraux du type calcium, phosphore, manganèse, cuivre et autres éléments dont les grains traités sont particulièrement déficients; - La quantité absorbée de solution nutritive est de l'ordre de 50 %. - L'ensemencement se fait avec rotation du fermenteur - La fermentation est conduite de préférence dans des conditions aseptiques - L'aération nécessaire pour créer les conditions aérobies se fait au moyen d'air comprimé stérilisé humide. - La température de croissance des micro-organismes est de préférence comprise entre 20 et 30oC. Le procédé selon l'invention est avantageusement mis en oeuvre dans une installation comprenant au moins un fermenteur muni d'une plaque poreuse pour l'admission - de l'air sous pression et de moyens de stérilisation et d'humi- dification de cet air. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va sui- vre, faite en regard du dessin snnesé représentant schématique- ment un fermenteur et ses principaux accessoires permettant la mise en oeuvre du procédé de lSinvention. Comme indiqué précédemment, le procédé de ltinvention est caractérisé par le fait que la croissance mycélienne steffec- tue sur un substrat dit solide. Compte tenu de la faible humidité des grains de céréales comme le maIs, pendant leur stockage (de l'ordre de 10 %), le développement de champignons, meme sélectionnés, se fait difficilement. Or selon l'invention, celle-ci prévoit la réhydratation minimale de ces grains tout en apportant les substances azotées telles que l'urée et analogues, ainsi que les éléments minéraux indispensables à la croissance des micro-organismes et dont les grains de céréales sont particulièrement déficients tels que calcium, phosphore, manganèse, cuivre, etc., de façon à éviter qu'un facteur limitant, autre que les substances carbonées, n'arrête le développement mycélien. L'apport de toutes ces substances se fait par leur dissolution dans la quantité dteau servant à la réhydratation des grains. Au surplus, pour favoriser l'attaque du microorganisme et amorcer la fermentation, on écrase mécaniquement les grains préalablement imbibés de façon à faire éclater le péricarpe et le tégument séminal pour que l'inoculum soit directement au contact des substances que le micro.-srganisme choisi utilisera au cours de sa croissance. Cet écrasement, après imbibition plutôt qu'avant, est caractéristique du fait que l'absorption de la solution nutritive d'imbibition est moins importante et, par suite, les risques de prise en masse sont réduits à néant. On favorise ainsi l'oxygénation et la pénétration du champignon. Bien entendu, il est nécessaire de stériliser, par un quelconque moyen connu, pour éviter les éventuelles contasi- nations possibles au cours du traitement. ;'enserencexent dtun tel milieu de culture peut s'effectuer avec un inoculum constitué soit par une suspension de spores du champignon (obtenues par une technique culturale favorisant la sporulation) soit par une suspension de fragments mycéliens, soit par un mélange des deux. Cet ensemencement doit avoir lieu de manière rigoureusement aseptique et doit entre important, de façon que la colonisation du substrat soit rapide. Cette dernière condition est réalisée par rotation du fermenteur. La fermentation elle-mme, b savoir développement du champignon aux dépens des substances mises à sa disposition, doit Btre telle que les conditions de croissance soient maintenues au niveau optimum. L'aération au moyen d'air comprimé (admis en 1), préalablement déshuilé et stérilisé (en 2) fournit l'oxygène et, par ventilation, élimine le gaz carbonique, conséquence de la respiration fongique. Elle s'effectue par passage au travers d'une plaque poreuse (3) située à la base du fermenteur (4) dans lequel sont chargés les grains éclatés, imbibés et ensemencés (5). Le passage dtun air sec provoquerait un dessèchement important des grains néfaste à la propagation fongique. Il est donc nécessaire de faire barboter cet air stérilisé dans un récipient (6) contenant de l'eau (elleiime stérile). La température de croissance optimum varie, pour les souches fongiques retenues, de 209C à 30OC. Cette température peut & re obtenue par moyen quelconque de réchauffement de l'air ou du corps du fermenteur lui-mbse. Le procédé selon l'invention intéresse les microorganismes susceptibles de se développer en aérobiose. Les souches sont choisies parmi les actiromycètes, les siphomycètes et les septomycètes telles qu'elles sont classées dans les ouvrages spécialisés en mycologie. D'une façon générale pour leur application dans le procédé de l'invention, elles doivent répondre aux critères suivants 1) Les souches doivent utiliser un substrat carboné, composé de polymères d'oses simples tels que l'amidon ou des produits de son hydrolyse par la chaleur. Ce sont des souches amylolytiques. 2) Elles doivent autre des souches de champignons filamenteux, et en culture sur un substrat solide, peu ou pas agi- té, elles ne doivent pas déboucher sur une production importante de spores de multiplication ou de conservation. 3) Le mycélium desdites souches doit présenter une teneur en protéine voisine de 40 % du poids de matière fongique sèche. 4) La composition en acides aminés des protéines fongiques doit se rapprocher autant que faire se peut de celles des protéines du soja ou de la "protéine FAO" prises comme références. 5) Accessoirement, les souches retenues ne doivent pas étre toxiques lorsque le produit résultant du procédé doit constituer un aliment pour l'homme ou les animaux, soit sit8t la fin de fabrication, soit après séchage, conservation ou autres traitements. De façon avantageuse, les souches retenues selon l'invention appartiennent au genre Fusarium lorsque le substrat est à base de maTs. L'exemple suivant est donné à titre illustratif et nullement limitatif de l'invention. Exemple 500 g de maTs grain sont mis en suspension dans 700 ml d'une solution contenant (en g/l) Urée 15 PO4H2X 1,6 (P04H2)2Ca 0,8 S04Mg 1,0 S04Zn 0t04 Soupe 0,04 S04Mn 0,04 SO4Ou 0,02 L'imbibition à 105OC pendant 20 minutes donne un taux d'humidité de 50 ,'. L'éclatement du péricarpe est effectué par écrasement entre deux rouleaux séparés de 0,5 na. Le substrat ainsi obtenu est chargé dans un fermenteur de 5 litres équipé comme décrit ci-dessus. La stérilisation s'effectue à l'autoclave à 105oC pendant 30 minutes. Après refroidissement jusqu'à une température voisine de 24oC on ensemence au moyen d'une suspension dans 50 ml d'eau stérile, de fragments mycéliens de Fusarium graminearum GLG 56 152 âgé de 10 jours et n'ayant pas sporulé. Après une forte agitation, par retournements successifs du corps du fermenteur contenant l'inoculum et le substrat, on branche stérilement l'arrivée d'air humide. Une agitation s'avère indispensable le 4ème jour de culture pour éviter que l'abondante propagation mycélienne provoque une asphyxie dans le centre de la culture, par mauvaise aération. Le mélange maTs résiduel - champignon est récolté le 6ème jour de culture, séché, broyé et soumis à l'analyse. Les rendements obtenus en azote sont les suivants : Azote total* 24,2 Amidon* 40,1 * en pourcentage du poids de matière sèche. Ce produit brut pris tel quel sans autre traitement convient très bien comme source de protéines à usages industirels ou pouvant convenir pour l'alimentation animale. Il va sans dire que I'exemple ci-dessus est relatif à une fermentation conduite en discontinu et que le procédé de l'invention peut aussi s'appliquer en continu. D'autres souches que la souche GLG 56 152 appliquée dans cet exemple conduisent aux mimes résultats et en particulier les souches déposées par la Demanderesse au Museum d'Histoire Naturelle à Paris sous les numéros GLG 56 145 et GLG 56 148. Le tableau suivant donne les résultats obtenus avec la souche GLG 56 152 quant à la teneur en acides aminés du mélange mais + souche sortant du fermenteur comparativement à la teneur en ces mêmes acides pour des grains de mais non traités et pour les tourteaux de soja Maïs + tourteaux 56 152 Maïs le soja I Acide cystéique 0,73 - 2 Acide aspartique 9,91 6,16 11,00 3 Méthionine-sulfone 0,57 1,37 4 thréonine 6,00 3,35 3,51 5 Sérine 5,83 4,15 4,80 6 Acide glutamique 2,56 17,32 17,50 7 Proline 7,21 14,00 5,03 8 Glycocol 5,03 2,82 4,14 9 a-altnine 6,64 7,25 4,25 10 Valine 4,69 4,13 5,17 11 Méthionine 1,06 0,88 1,22 12 Isoleucine 3,77 3,10 4,79 13 13 Leucine 7,11 12,76 7,43 14 Tyrosine 2,22 3,82 3,76 15 Phénylalanine 3,91 4,66 5,05 16 Acide Y sminobutyrique 4,10 17 Ornithine 0,21 18 Lysine 6,77 2,79 5,20 19 histidine 2,22 2,06 2,73 20 Arginine 7,21 4,82 7,15 Ces résultats justifient bien les applications indiquées ci-dessus et permettent de se servir éventuellement et suivant les besoins, du produit brut aux fins d'isolement, par des procédés appropriés n'entrant pas dans le cadre de la présente invention de tel ou tel acide ou d'un mélange d'acides désiré à l'état pur pour des besoins particuliers. Il va du reste de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre purèment explicatif et nullement limitatif et que toute modification utile pourra y être apportée sans sortir de son cadre tel que défini par les revendications ci-après. REVENDI CATI ONS 1. Procédé de fabrication de produits riches en protéines et vitamines à partir d'un substrat solide riche en amidon ou matières amylacées constitué par des graine céréales, procédé caractérisé par le fait qu'il consiste à imbiber ces grains d'une solution nutritive en quantité au moins égale à la quantité minimale nécessaire à la croissance du micro-organisme dont on recherche la prolifération, à traiter mécaniquement les grains ainsi imbibés pour en faire éclater le péricarpe et le tégument séminal, à ensemencer ce milieu dans un fermenteur au moyen du micro-organisme et à conduire la fermentation dans des conditions aérobies. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les souches de micro-organismes susceptibles de se développer en aérobiose dans le procédé de l'invention sont choisies parmi les actinomycètes, les siphomycètes et les septomycètes tels qu'ils sont classés dans les ouvrages spécialisés en mycologie et doivent répondre à l'ensemble des critères suivants, à savoir : etre des souches amylolytiques ; entre des souchets de champignons filamenteux ne débouchant pas, en culture sur un substrat solide, sur une production importante de spores de multiplication ou de conservation ; que leur mycélium présente une teneur en protéines voisin de 40 % du poids de matière fongique sèche ; que la composition en acides aminés des protéi neQtongiques se rapproche autant que faire se peut de celles des protéines du soja ou de la protéine counuisous le nom de "protéine FAO" prises comme références. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les souches répondant aux critères ne sont pas toxiques. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la souche choisie appartient au genre Fusarium. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la souche est une des souches Ng GBG &commat;LG 56 145, GLG 56 148 et GLG 56 152 déposée au Museum d'histoire Naturelle à Paris. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la solution nutritive est une solution zqueuse d'une substance azotée du type urée additionnée des éléments minéraux du type calcium, phosphore, manganèse, cuivre et autres éléments dont les grains traités sont particulièrement déficients 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait que la quantité absorbée de solution nutritive est de l'ordre de 50 %. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'ensemencement se fait avec rotation du fermenteur. 9. Procédé selon lSune quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la fermentation est conduite de préférence dans des conditions aseptiques. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que l'aération nécessaire pour créer les conditions aérobies se fait au moyen d'air comprimé stérilisé. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que la température de croissance des micro-organismes est de préférence comprise entre 20 et 30OC. 12. installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé par le fait quelle comprend au moins un fermenteur muni à sa base d'une plaque poreuse pour l'admission de l'air sous pression et de moyens de stérilisation et d'humidification de cet air. 13. Produitsriches en protéines caractérises par le fait qu'tels sont obtenus par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11. 14. Application des produits selon la revendication 13, caractérisée par le fait quelle s'adresse au domaine de l'alimentation et au domaine de l'industrie chimique pour l'extraction d'acides aminés.