Brevet FR2572091A1 — publié le 19860425

La présente invention se rapporte à la technique microbiologique et a notamment pour objet un procédé de culture de champignons à mycélium sur un substrat solide. L'invention peut etre utilisée en particulier dans l'industrie microbiologique pour la production de protides fourragers, d'acides aminés, d'enzymes, ainsi que dans l'industrie pharmaceutique pour la production de vitamines et d'antibiotiques. Il est aussi avantageux d'utiliser la présente invention dans l'agriculture pour la consommation rationnelle des matieres premières locales et la transformation des résidus de peu de valeur de la production agricole en produits fourragers, riches en protéines et en acides aminés essentiels. Il est bien connu que la culture des champignons à mycélium en phase solide est effectuée par le procédé en surface dans une couche de substrat ne dépassant pas 3-4 cm. Pour la culture des champignons à mycélium dans une couche plus épaisse, il faut créer des conditions supplémentaires pour assurer l'aérage du mycélium en voie de croissance, le transport des substances nutritives et l'évacuation de la chaleur et des produits métaboliques dans tout le volume dudit substrat. Les procédés connus pour assurer les échanges de chaleur et de masses dans de telles conditions ou des conditions similaires sont fondés sur le malaxage mécanique du substrat et sont peu employés pour la culture des champignons à mycélium, étant donné qu'ils provoquent des perturbations dans leur structure. On connait un procédé de culture de microorganismes (cf. "Bioreacteur pour la fermentation en phase solide", U.E.Viestur. Résumés des rapports "Bioconversion des matières premières végétales", vol.2-, p.184, Riga. 1982), plus précisément de champignons à mycélium, consistant à réaliser préalablement un traitement du substrat, à le placer qans un bioréacteur, puis à introduire dans le substrat l'inoculum, à le soumettre à un aérage, à porter la temperature à 300C et à le maintenir 3 cette température pendant 5 à 15 jours en le malaxant périodiquement et pendant de courts laps de temps. On réalise l'aérage en amenant dans la partie inférieure du bioréacteur un courant dtair humidifié. A la suite de l'introduction dans le substrat de l'inoculum et de la création des conditions indispensables à la croissance, le mycélium croît sur la surface du substrat en formant une pellicule imperméable aux échanges de chaleur et de masses. Le reste de la masse du substrat, qui se trouve sous ladite pellicule, conserve son état initial, et aucune croissance de mycélium n'y a lieu. Pour augmenter le rendement en produit visé (par unité de volume du bioréacteur), il faut améliorer les conditions de l'échan- ge de chaleur et de masses dons toute la masse du substrat. A cette fin, on réalise un malaxage périodique, que l'on effectue pendant un court laps de temps car le mycélium du champignon est très sensible aux actions mecaniques, celles-ci entralnant des perturbations dans sa structure et l'arrêt de sa croissance, ce qui nécessite des dépenses de temps supplémentaires pour la restauration de la structure du mycélium, entraînant une réduction du rendement spécifique en produit visé. On connaît aussi un procédé de culture de champignons à mycélium sur un substrat solide (cf. brevet d'invention japonais nO 56-9317, cl C 12 N 1/100, 1981), consistant à placer le substrat solide dans un bioréacteur, à l'humidifier, à le stériliser au moyen de vapeur saturée, à le refroidir jusqu'à 27-36"C, à y introduire l'inoculum et à le soumettre à un aérage. Pour la réalisation due procédé, le substrat solide est placé dans les intervalles entre les plaques ondulées verticales d'un échangeur de chaleur installé dans la cavité du bioréacteur, dont la dimension transversale varie de 3 à 5 cm. L'humidification du substrat solide est effectuée en amenant un caloporteur à travers les plaques modulées de l'échangeur de chaleur, par condensation de l'humidité qui se trouve dans la cavité du bioréacteur à la surface desdites plaques.L'aéTage s'effectue par admission d'un écoulement d'air dans la partie supérieure du bioréacteur, les plaques ondulées de l'échangeur de chaleur assurant une répartition homogène de l'air dans toute la masse du substrat solide. Après l'introduction de l'inoculum dans le substrat solide et l'obtention des paramètres requis (humidité, température, consommation d'air pour l'aerage du mycélium), commence la croissance des champignons à mycélium dans la couche superficielle du substrat. Après maintien durant le laps de temps fixé par le régime établi pour la culture des champignons à mycélium (de 5 à15 jours), on évacue du bioréacteur le produit visé et on réalise son étude. L'épaisseur optimale de la couche de substrat, assurant un rendement spécifique maximal en produit visé, ne depasse pas 3 cm L'utilisation de couches de plus grande épaisseur est rendue difficile par la détérioration des conditions d'échange de chaleur et de masses dans la masse du substrat. Ainsi donc, oeprocedéest caractérisé par un bas rendement en produit fini, étant donné que la croissance des champignons à mycélium ne s'effectue qu'à la surface de la couche de substrat solide, ce qui ne permet pas de remplir completement le bioréacteur avec le substrat solide. On s'est donc proposé de mettre au point un procédé de culture de champignons à mycélium sur un substrat solide dans des conditions technologiques qui permettraient d'obtenir une croissance immergée des champignons à mycélium, indépendamment du volume de la phase solide. Ce problème est résolu du fait que le procédé de culture de champignons à mycélium sur un substrat solide, consistant à placer le substrat solide dans un bioréacteur, à l'humidifier, à le stériliser avec de la vapeur saturée, à le refroidir jusu)à 27-360C, puis à introduire un l'inoculum et a effectuer un l'aérage, est caractérisz , selon l'invention, en ce que la stérilisation du substrat solide est réalisée par : circulation de vapeur saturée à travers toute la masse dudit substrat solide, avec obtention d'un extrait; humidification du substrat solide jusqu'à complète saturation par l'extrait ainsi obtenu; aérage par admission impulsionnelle d'air comprimé dans le bioréacteur jusqu' à obtention dans ce dernier d'ùne surpression (par rapport à la pression atmosphérique)de 0,01 à 0,06 MPa, avec introduction simultanée de l'inoculum, suivie d'un dégagement de l'air comprimé dans l'atmosphère, en assurant ainsi le passage par impulsions du mélange gaz-liquide obtenu à travers toute la masse du substrat solide. Le procédé de culture des champignons à mycélium du substrat solide suivant l'invention permet d'obtenir une croissance immergée homogène du mycélium dans tout le volume du bioreacteur, assurant un haut rendement spécifique en produit visé. Du fait que le procédé revendiqué peut être réalisé sans malaxage mécanique du substrat solide, la consommation d'énergie pour ce procédé de culture des champignons à mycélium sur un substrat solide est nettement réduite. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement a titre d'exemple non limitatif, avec références au dessin non limitatif annexé qui représente une vue schématique du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Le procédé de culture de champignons à mycélium sur un t substrat solide conformement à l'invention consiste en ce qui suit. On charge dans le bioréacteur i, jusqu' à son remplissage complet, le substrat solide, par exemple de la sciure de bois de bouleau, de la paille de froment broyée, de la balle de tournesol, des cossettes épuisées, des trognons de mais, de "linter" (tiges des déchets de la production -du coton), et on le moufle avec de l'eau ou avec une solution nutritive (dans la variante considérée de réalisation du procédé, le mouillage est effectué avec une solution nutritive), arrivant du mélangeur 2 par la tuyauterie 3 munie d'une soupape de non retour 4,et par le raccord 5. Ensuite, on stérilise le substrat solide au moyen de vapeur saturée, en assurant sa circulation à travers le substrat solide, avec obtention d'un extrait. A cette fin, dans la variante examinée de réalisation du procédé revendiqué, on place le bioréacteur 1 chargé du substrat solide dans un autoclave (non représenté) ou s'effectue la stérilisation dudit substrat solide par la vapeur saturée, avec obtention d'un extrait qui mouille le substrat solide jusqu'à sa complète saturation. Ensuite, on retire le bioréacteur 1 de l'autoclave et on refroidit le substrat solide qui s'y trouve jusqu'à 27-360C, c'est-à-dire jusqu'à la température requise pour la croissance des champignons à mycélium, par exemple par admission d'un agent frigorigène dans la chemise d'échange de chaleur (non représentée) du bioréacteur 1.Puis on admet l'inoculum de l'inoculateur 6 dans le mélangeur 2 par la tuyauterie 7 et la soupape 8, et on effectue en même temps l'aérage du substrat solide par admission impulsionnelle d'air comprimé dans le bioréacteur 1 jusquà une supression de 0,01 à 0,06 MPa. L'air comprimé arrive de la source d'air comprimé 9 par la tuyauterie 10, et à travers le filtre bactérien 11, dans le mélangeur 2t d'où, simultanément avec i'inoculum, l'air comprimé arrive par la soupape non-retour 4 et le raccord 5 dans le bioréacteur 1 en formant un mélange gazliquide constitué d'air d'extrait et de solution nutritive introduite avec l'inoculum.Après l'obtention, dans le bioréacteur 1, de la surpression d'aircomprimé requise (0,01 - 0,06 MPa), on procédé à son évacuation à l'atmosphère par la tuyauterie 12 (à travers la soupape non retour 13), le mélangeur 2, la tuyauterie 10 (à travers le filtre bactérien 11) et la source d'air comprimé 9 (sur le dessintles sens d'admission et d'évacuation de l'air comprimé et de circulation du mélange gaz-liquide sont indiqués par des flèches). L'inoculum est sorbé dans la masse du substrat, tandis que l'écoulement d'air comprimE sortant du bioréacteur 1 chasse dans le mélangeur 2 le mélange liquide comprenant l'extrait et la solution nutritive. Après admission réitérée de l'air comprimé dans le bioréacteur 1, le cycle susmentionné se répète en assurant le passage impulsionnel du mélange gaz-liquide obtenu à travers la masse de la phase solide. La fréquence des impulsions d'admission de l'air comprimé peut varier en fonction des exigences technologiques concrètes. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mieux compris à l'aide des exemples de réalisation concrets mais non limitatifs suivants de mise en oeuvre du procédé de culture de champignons à mycélium sur un substrat solide. Exemple 1. On charge dans un bioréacteur de forme cylindrique de 120 dm3 de capacité (hauteur du bioréacteur: 120 cm), de la sciure de bouleau que l'on a mouillée en malaxant jusqu a une humidité de 85% avec 20 l de solution nutritive de composition suivante, en g/l: K2HP04 - 0,2; KH2P04 - 0,6; Mg S04 7 H20 - 0,5; Ca C03 - 0,2 ; NH4NO3 - 0,2, le pH de la solution étant de 5,0. Puis on stérilise en autoclave le bioréacteur chargé de sciure de bois de bouleau à l'aide de vapeur saturée et pendant une heure à 0,098 MPa (dans les exemples suivants, la stérilisation a été réalisée dans ces mêmes conditions). On a ainsi obtenu un extrait qui a mouillé la sciure de bouleau jusqu'à sa complète saturation, et on a refroidit le contenu du bioréacteur jusqu'à 270C.Simultanément avec l'admission d'air comprimé, on a introduit dans la partie supérieure du bioréacteur l'inoculum (6 litres de mycélium agé de 4 jours du champignon Panus Tigrinus F 2475 D, déposé dans la Collection nationale des microorganismes (les b champignons à mycélium qui figurent dans les exemples suivants sont également déposés dans la Collection nationale des microorganismes), et cultivé dans le milieu suivant, g/l: glycérine - 5,0; peptone - 5,0; farine de soya - 5,0; K N03 - 2,0; Mg S04*7 H20 - 0,5; CaCl2-2 H2O 0,1; pH du milieu - 6,0 (le milieu de cette composition a été également utilisé pour la culture du mycélium de champignons dans les autres exemples ci-dessous).On a effectué l'admission de l'air comprimé et l'introduction de l'inoculum d'une manière impulsionnelle, avec une fréquence des impulsions égale à 1 impulsion/min, et jusqu'à obtention, dans le bioréacteur, d'une surpression de 0,01 MPa, après quoi on a évacué l'air comprimé à l'atmosphère, en assurant le passage par impulsions du mélange gaz-liquide à travers la masse de la sciure de bois de bouleau. Au bout de deux jours on a constaté une croissance active du mycélium dans toute le volume du bioréacteur. Deux semaines après, le contenu du bioréacteur, constitué par des résidus de sciure de bouleau et des mycéliums du champignon, a été étudié ( différents niveaux de la hauteur dudit bioréacteur et dans les couches pariétales) du point de vue de la teneur en protéines et de la consommation de cellulose et de lignine. Les résultats de l'examen sont résumés dans le Tableau 1 ci-dessous. Tableau 1 Couches Consommation de lignine Teneur en proétudiées et de cellulose, % téines, * Couche supe- rieure 0-40 cm 53-49 46-42 3,8 Couche médiane 40-80 cm 49-47 42-37 2,7 Couche inférieure 80-120 cm 47-45 37-35 2,1 Couche pariétale 50 43 3,0 Teneur en protéines du substrat initial : 0,6 % Exemple 2 La sciure de bouleau a été inoculée avec le champi- gnon à mycélium Panus tigrinus F 160, par introduction de l'inoculum dans la partie médiane du bioréacteur. La culture des champignons dans le bioréacteur a été réa lisée à la température de 290C, et l'air comprimé a été admis à la fréquence de 15 impulsions/min, jusqu'à obtention, dans le bioréacteur, d'une surpression de 0,04 MPa. Au bout de deux jours, on a constaté une croissance active du mycélium, et au bout de deux semaines, on a examiné le produit final du point de vue de la teneur en protéines et de la consommation de cellulose. Les résultats de l'examen sont résumés dans le Tableau 2 Tableau 2 Couches examinée Consommation de Teneur en proté cellulose, % ines xx , Couche supérieure 32,0 2,13 Couche médiane 30,5 2,15 Couche inférieure 37,0 2,8 Couche pariétale 27 2,05 x La disposition des couches suivant la hauteur du bioréacteur dans l'exemple 2 et les exemples suivants est la même que dans l'exemple 1 xx La teneur en protéines du substrat initial est de 0,658. Exemple 3 La sciure de bouleau a été inoculée avec le champignon à mycélium Panus tigrinus F 2475D par introduction de l'inoculum dans la partie supérieure du bioréacteur. La culture des champignons a été effectuée à 290C, et l'air comprimé a été admis à la fréquence de 30 impulsions/min, jusqu'à obtention, dans le bioréacteur, d'une surpression de 0,05 MPa. Deux semaines après, on a étudié. le produit final selon les mêmes paramètres que dans l'exemple 2. Les résultats de l'étude sont donnés dans le Tableau 3. Tableau 3 Couche examinée Consommation de Teneur en pro cellulose, % téinesx, % Couche supérieure 31,5 2,15 Couche médiane 32,0 2,1 Couche inférieure 37,0 2,45 Couche pariétale 26,5 2,2 Teneur en protéines du substrat initial : 0,65%. Exemple 4 La paille de froment a été inoculée avec le cham pignon à mycélium Chaetomeum globosum F 69, l'inocula tion a été effectuée dans-la partie supérieure du bio réacteur. La culture des champignons a été effectuée à 360C, et l'air comprimé a été admis dans le bioréacteur avec une fréquence de 40 impulsions/min jusqu a obtention, dans ledit bioréacteur, d'une surpression de 0,06 MPa. Deux semaines après, le produit final a été examiné suivant les mêmes paramètres que dans l'exemple 2. Les résultats de cet examen sont résumés dans le Tableau 4. Tableau 4 Couches examinées Consommation de cellulose, % % Couche supérieure 21 7,4 Couche médiane 31 8,5 Couche inférieure 24 8,4 Couche pariétale 26 8,3 x Teneur en protéines du substrat initial : 5,4% Les exemples donnés ci-dessus montrent qu'on obtient une croissance homogène du mycélium de champignon dans tout le volume du bioréacteur, qui ne dépend pas des conditions d'échange de chaleur et de masses (de la température, de la surpression d'air comprimé, de l'endroit d'introduction dans le bioréacteur de l'inoculum et de l'air comprimé), le remplissage de tout le volume du bioréacteur par la phase solide assurant un haut rendement spécifique en produit visé. REVENDICATIONS 1. Procédé de culture de champignons à mycélium sur un substrat solide, consistant à placer le substrat solide dans un bioréacteur (1), à la mouiller, à le stérilise avec de la vapeur saturée, à le refroidir jusqu'à 27-36 C, à y introduire- un inoculum, et à le soumettre à un aérage, caractérisé en ce que la stérilisation du substrat solide est effectuée par circulation de vapeur saturée à travers la masse de substrat solide, avec obtention d'un extrait, le mouillage du substrat solide est effectué jusqu'à sa complète saturation par l'extrait, et l'aérage est réalisé par admission impulsionnelle d'air comprimé dans le bioréacteur jusqu'à obtention, dans ce dernier, d'une surpression (par rapport à la pression atmosphérique)de 0,01 à 0,06 MPa Z simultanément avec l'introduction de l'inoculum et avec évacuation subséquente de l'air comprimé à 11 atmosphère, assurant le passage par impulsions du mélange gaz-liquide obtenu à travers toute la masse du substrat solide. 2. Champignons à mycélium caractérisés en ce qu'ils sont obtenus par la procédé faisant l'objet de la revendication 1.