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Fermentation

Exposé
by

Refka Aissaoui

on 11 December 2013

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Transcript of Fermentation

historique
. La fermentation précède la maîtrise par l'homme de ce procédé ; en effet, les fruits fermentent sans aucune intervention humaine.
Mais Ce phénomène a été exploité par l’homme depuis la Haute Antiquité. Il est même l'un des plus anciens procédés de conservation des aliments. 
FERMENTATION EN MILIEU SOLIDE

Le développement microbien se fait, en surface et à l’intérieur de la matrice solide, en absence de tout écoulement liquide. La matrice poreuse peut être constituée d’un substrat naturel ou d’un support inerte capable d’absorber les nutriments qui se trouvent à l’état dissout dans une solution.

Différence entre respiration et fermentation :

La fermentation
se distingue de la respiration cellulaire par son faible rendement énergétique.
Lors de la respiration aérobie, l'accepteur final des électrons arrachés à la molécule (réduction) et transférés aux cofacteurs H2O + H+ (ou plus rarement aux cofacteurs NADPH + H+) est au final le dioxygène de l'air. Cette respiration aérobie met en jeu des complexes membranaires.
Dans le cas de la fermentation, les électrons sont transférés à des composés des voies métaboliques, tels que le pyruvate (dans le cas de la fermentation lactique) ou l‘acétaldehyde (pour la fermentation alcoolique) entraînant respectivement la formation d’acide lactique et d‘éthanol suivant les organismes et les conditions de cultures.

Définition de la fermentation

La fermentation est une réaction
biochimique
qui se produit dans des milieux dépourvus d'oxygène (
catabolisme anaérobie
)et qui transforme une substance organique sous l’effet d’enzymes, aussi appelées
ferments.
 
 Comme le disait Louis Pasteur, « la fermentation, c'est la vie sans l'air. » C'est une simple réaction d'oxydoréduction où l'accepteur final d'électron est souvent le produit final.

La fermentation permet de produire de l'énergie (sous forme d'ATP) même en absence d'oxygène, mais avec un rendement plus faible. Elle est utilisée par un très grand nombre d’organismes, depuis la bactérie jusqu’à l’être humain.

Certains organismes utilisent exclusivement cette voie métabolique, d’autres alternent entre fermentation et respiration, en fonction des conditions (présence d’O2, concentration en glucose, etc.).
La fermentation est aussi utilisée dans de nombreux processus industriels, comme la production de fromage, d’alcool, de biocarburant, etc.

FERMENTATION EN MILIEU SOLIDE VERSUS FERMENTATION EN MILIEU LIQUIDE
La fermentation en milieu liquide est particulièrement
bien adaptée aux cultures des micro-organismes unicellulaires comme les bactéries et les levures, alors que la fermentation en milieu solide est, elle, bienadaptée aux organismes mycéliens( comme la coculture d'Aspergillus ellipticus et d'Aspergillus fumigatus).

En effet, l'agitation nécessaire pour homogénéiser les milieux liquides (et les oxygéner pour les cultures aérobies) entraîne des contraintes de cisaillement que peu de souches mycéliennes sont capables de supporter (même si des souches fongiques ont pu être adaptées avec succès à ce type de culture). En outre, il n'y a pas de contraintes d'oxygénation en fermentation en milieu solide, le mycélium étant directement en contact avec l'oxygène de l'air.
C'est donc naturellement vers les productions mycéliennes fongiques que ce type de fermentation a trouvé le plus d'applications.

FERMENTATION EN MILIEU LIQUIDE

étant une culture de
microorganismes (bactéries, champignons et autres)
dans un substrat solide avec écoulement d’eau.

Avantages FMS par rapport à la FML 

La FMS présente une multitude d’avantages par rapport à d’autres types de fermentations, en particulier la fermentation en milieu liquide (FML) :

  Simplicité, moins d’espace de travail nécessaire et matériels utilisés moins complexes d’où une réduction des coûts ;

Moins de perte d’eau, ce qui permet d’éviter le problème des effluents liquides à traiter dans le cas de la FML ;

Le produit final (spores, métabolites…) est facilement récupérable et peut être utilisé directement ou après un simple séchage ;

 Diminution des risques de contaminations microbiennes à cause de la faible humidité. Ce qui rend une éventuelle stérilisation du substrat non nécessaire ;

Les différents types de fermentation 

Il existe différents types de fermentations : 

La fermentation alcoolique qui permet de produire de l’alcool à partir de jus de fruits ; sous l’effet des enzymes, le sucre des fruits est transformé en éthanol et en bulles de dioxyde de carbone 
La fermentation lactique qui intervient dans la fabrication du yaourt, du fromage, mais aussi de la choucroute et du pain au levain. 
La fermentation acétique qui donne le vinaigre 
La fermentation propionique 
La fermentation butyrique :
FERMENTATION ALCOOLIQUE

définition et principe physico-chimique:

La fermentation alcoolique est la plus ancienne étudiée.
Ce procédé concerne les déchets à forte teneur en glucides (amidons ou sucres libres). C'est le cas par exemple des résidus végétaux de l'industrie sucrière.

Ce procédé transforme des sucres fermentes cibles par des levures en alcool et gaz carbonique avec dégagement de chaleur :

C6H12O6 ==> 2C2H5OH + 2CO2 + 22 calories


Il existe un grand nombre d
'espèce de levures
utilisées pour la fermentation.
La plus connue est la levure de bière. On peut utiliser aussi des moisissures.
Fermentation lactique 

Elle intervient dans l'
élaboration des yaourts, des laits fermentés, des saucissons, de la choucroute, du levain pour le pain, de certains fromages.  
  
Il se forme de l’acide lactique à partir du glucose. 

Fermentation acétique

C'est à Louis Pasteur (1808-1873) que nous devons la découverte de la nature biochimique du processus de
formation du vinaigre
. A partir de 1865, sur la base des recherches de Pasteur, la production industrielle de vinaigre a connu un grand essor.
La
bactérie du vinaigre "acétobacter"
se développe dans le vin non bouché. Les petites mouches qui sont fortement attirées par le vin placé à l'air libre et qu'on appelle mouches du vinaigre (drosophiles) véhiculent l'aceto-bacter. Les
bactéries de l'acide acétique
forment une couche à la surface que l'on appelle la mère du vinaigre. L'aceto-bacter utilise pour vivre l'énergie libérée par l'oxydation. Les processus qui ont lieu en présence d'oxygène de l'air sont dits aérobies. Toute solution alcoolique diluée peut donner de l'acide acétique ; dans ce cas le taux d'alcool correspond à la quantité d'acide acétique qui résultera de la transformation .
Marquons que cette fermentation est aérobie, l'oxydation nécessitant l'oxygène de l'air pour avoir lieu.

Fermentation propionique

De l'acide propanoique , de l'acide éthanoïque ainsi que du CO2 et du dihydrogène se forment. 
L'acide propionique (ou propanoïque) et l'acide éthanoïque sont responsables de la
flaveur des fromages à pâte cuite et le gaz carbonique responsable de l'ouverture de ces fromages (Comté, Gruyère et Emmental). 

Les
bactéries qui produisent ce type de fermentation sont les bactéries propioniques ( genre Propionibacterium).

Fermentation butyrique

Il se forme de
l'acide butanoique, du CO2 et du dihydrogène
à partir de l'acide lactique déjà formé par fermentation lactique : 
L'acide butyrique est responsable de l'odeur putride et du goût piquant de certains fromages à pâte cuite. 

Cette fermentation a lieu sous l'effet des
bactéries Clostridium butyricum .

Application non alimentaire de la fermentation

1) Les fermentations dans l'industrie non alimentaire :
    1-1) 
Les biocarburants :
 

Trois procédés : 
- On extrait de la betterave à sucre ou de la canne à sucre, des jus sucrés que l'on fait fermenter. 
- On extrait des matières amylacées (amidon...) de céréales (froment, maïs). Ces matières sont hydrolysées en milieu acide pour obtenir du glucose que l'on fait fermenter. 
- D’un point de vue chimique on peut, dans des conditions très particulières, parvenir à transformer du bois (matières ligno-cellulosiques) en sucres fermentescibles, comme le fait par exemple la Suède. Cette technique est encore sujet de recherches.

      1-2) Les polymères dégradables : 

Une industrie des polymères dégradables se développe dans l'optique d'un développement durable, à partir de monomères ou de synthons obtenus par fermentation. On prépare ainsi les polymères :

        - 
PLA
 , (polylactide) utilisé notamment en chirurgie pour des implants. Le polymère qui se déforme dès 50°C, est dégradable dans l'organisme par hydrolyse des fonctions esters, les métabolites naturels étant l’acide lactique et l‘acide glycolique , le terme ultime de la dégradation étant CO2 et H2O. Le monomère est l'acide lactique obtenu par fermentation lactique du D-glucose issu de l'amidon de maïs.


SORONA
  , polyester obtenu par polymérisation du propane-1,3-diol (ou PDO) avec l'acide téréphtalique ou TPA, est utilisé pour fabriquer des pièces  d'automobiles ou des textiles de hautes performances. 

        - 
PBS
 (PolyButylène Succinate : Acide succinique et butanediol) et PBSA ( PolyButylène Succinate Adipate : Acide succinique, acide adipique et butanediol ). Ce sont des polyesters biodégradables obtenus à partir de l'acide succinique, qu'on peut produire à partir du glucose (provenant de l'amidon de blé, de maïs ou de résidus ligno-cellulosiques ou provenant des sucres de la canne à sucre ou de la betterave) par métabolisme bactérien (fermentation) ;
 Actinobacillus succinogenes, Mannheimia succiniproducens mais aussi Escherichia Coli sont les principales bactéries utilisées. 
Merci pour votre attention

la fermentation
Riahi Ahlem
Beldi Ghada
Bangaji Shayma
Aissaoui Refka
Lamine Mariem
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