Caractéristiques et applications des souches de bactéries lactiques et exigences relatives aux cuves de fermentation
Les bactéries lactiques sont des micro-organismes bénéfiques largement utilisés dans de nombreux domaines tels que l'alimentation, la médecine et l'agriculture. Elles produisent de l'acide lactique par fermentation des sucres, ce qui améliore non seulement la saveur des aliments, mais joue également un rôle important dans l'inhibition des bactéries pathogènes, l'amélioration de l'absorption des nutriments et le renforcement du système immunitaire. Avec la popularisation du concept de consommation saine, l'utilisation industrielle des bactéries lactiques se généralise. Pour obtenir une fermentation stable, sûre et efficace, des exigences plus élevées sont imposées aux caractéristiques des souches elles-mêmes et aux équipements, tels que les cuves de fermentation.
I. Caractéristiques des souches de bactéries lactiques
Les bactéries lactiques, au sens large, regroupent plusieurs genres tels que Lactobacillus, Bifidobacterium, Streptococcus, Streptococcus thermophilus et Lactococcus. Malgré certaines différences, elles partagent généralement les caractéristiques communes suivantes :
1. Anaérobie ou anaérobie facultative
La plupart des bactéries lactiques sont anaérobies ou anaérobies facultatives ; elles fermentent les sucres pour produire de l’acide lactique en milieu pauvre en oxygène ou anaérobie. Il est donc nécessaire de contrôler le niveau d’oxygène pendant la production afin de ne pas inhiber leur croissance.
2. Sensible à la température
Les différentes bactéries lactiques présentent des plages d'adaptation thermique différentes. La plupart se développent bien entre 30 et 40 °C. Par exemple, Streptococcus thermophilus a une température optimale d'environ 42 °C, tandis que certaines espèces de Lactobacillus sont adaptées à 37 °C. Tout écart de température par rapport à la plage optimale entraîne une diminution de l'efficacité de la fermentation, voire la mort de la souche.
3. Capacité d'ajustement du pH
Les bactéries lactiques abaissent le pH du milieu en sécrétant de l'acide lactique, inhibant ainsi les bactéries de putréfaction. Le pH optimal de croissance pour la plupart des bactéries lactiques se situe entre 5,5 et 6,5. Cependant, un pH trop bas inhibe leur propre croissance. Il est donc nécessaire d'ajuster le pH en fonction des besoins pendant la culture.
Projet MIKEBIO 50-500-6000L sur les bactéries lactiques
4. Dépendance aux nutriments
Les bactéries lactiques ont besoin de nutriments riches au cours de leur processus de croissance, tels que des acides aminés, des vitamines B, des sources de carbone (glucose, lactose, etc.), ce qui signifie que la composition du milieu de culture a un impact significatif sur leur activité.
5. Résistance à l'acide et aux sels biliaires (partielle)
Les bactéries lactiques probiotiques, en particulier, doivent tolérer l'acidité gastrique et les sels biliaires après leur entrée dans le tube digestif humain. Par conséquent, le criblage des souches tolérantes est un indicateur important.
II. Principaux domaines d'application des bactéries lactiques
L'utilisation répandue des bactéries lactiques s'explique par leur innocuité, leur progéniture et leur fonctionnalité. Leurs principales applications sont les suivantes :
1. Domaine de la fermentation alimentaire
Les bactéries lactiques sont les souches essentielles de nombreux aliments fermentés traditionnels, tels que le yaourt, le kimchi, le fromage et les cornichons. Elles améliorent non seulement la saveur et prolongent la durée de conservation, mais inhibent également les bactéries pathogènes et renforcent la sécurité alimentaire.
2. Compléments alimentaires fonctionnels
En sélectionnant avec précision des souches aux fonctions spécifiques (telles que le renforcement de l'immunité, l'amélioration de la flore intestinale et la régulation des lipides sanguins) et en les transformant en capsules, poudres, boissons, etc., elle est devenue un axe de croissance important dans l'industrie des probiotiques.
3. Alimentation animale et agriculture
L'ajout de bactéries lactiques en élevage peut améliorer la santé intestinale des animaux et réduire l'utilisation d'antibiotiques. En agriculture, ces bactéries sont également utilisées pour le compostage, la fermentation et la production d'engrais bio-organiques afin d'accroître les rendements et la qualité des cultures.
4. Traitement adjuvant médical
Certaines bactéries lactiques ont pour fonctions de réguler l'immunité, de soulager le syndrome du côlon irritable et de contribuer au traitement de l'infection à Helicobacter pylori, et sont de plus en plus utilisées dans le traitement adjuvant des maladies intestinales.
III. Exigences de base pour Cuves de fermentation dans la fermentation des bactéries lactiques
La culture à grande échelle de bactéries lactiques nécessite des équipements de fermentation hautement automatisés, avec un contrôle précis de la température et de l'oxygène. Des cuves de fermentation de haute qualité garantissent non seulement l'activité bactérienne, mais aussi l'amélioration de la capacité de production et la stabilité de la qualité.
1. Exigences relatives aux matériaux : Résistant à la corrosion acide et facile à nettoyer
En raison de la production importante d'acide par les bactéries lactiques, la paroi intérieure du réservoir doit être en acier inoxydable résistant à la corrosion (tel que l'acier inoxydable 316L) et doit être équipée de fonctions CIP/SIP (nettoyage/stérilisation in situ) pour garantir la stérilité et faciliter l'entretien.
2. Système de contrôle de la température : Haute précision de contrôle de la température
Le contrôle de la température durant la fermentation est directement lié à l'activité bactérienne. Le système de régulation de température doit présenter une précision de ±0,1 °C. Par ailleurs, un bain-marie ou un système de régulation thermique à double enveloppe doit être mis en place pour assurer un chauffage ou un refroidissement stable.
3. Contrôle de l'oxygène dissous : ajustement précis en milieu pauvre en oxygène
Pour la plupart des fermentations de bactéries lactiques, il est nécessaire de maintenir un faible taux d'oxygène dissous, voire une absence d'oxygène. Par conséquent, la cuve doit être équipée d'un système de vannes de régulation de gaz et d'un dispositif de contrôle de la pression négative afin de réguler précisément l'environnement gazeux.
4. Système d'agitation : Agitation modérée pour éviter les dommages par cisaillement
Une agitation appropriée est bénéfique à l'homogénéité du milieu de culture et à la stabilité de la température, mais une agitation excessive peut endommager les bactéries, notamment les petites souches de Lactococcus. Il est recommandé d'utiliser des hélices à faible vitesse ou des systèmes d'agitation magnétique.
5. Système de réglage automatique du pH
En raison de la production continue d'acide lactique pendant la fermentation, le pH du milieu de culture diminue. Il est donc nécessaire de disposer d'un système de surveillance du pH en ligne et d'un système d'ajout automatique de solution alcaline afin de maintenir un pH optimal pour la fermentation et d'améliorer le rendement et le taux de survie des bactéries.
6. Contrôle de la formation de mousse
La fermentation par les bactéries lactiques produit souvent de la mousse ; il est donc nécessaire d'être équipé de capteurs de mousse et de dispositifs d'ajout automatique d'antimousse afin d'éviter les débordements et la contamination.
IV. Tendances et défis du développement
- Face à la croissance rapide du marché des probiotiques, l'industrie des bactéries lactiques évolue vers une production à haute activité et haute fonctionnalité, ainsi que vers une automatisation industrielle. Les principaux défis à relever sont les suivants :
- Sélection précise des souches et vérification fonctionnelle
- Intelligent et modulaire équipement de fermentation système
- Écologisation des matières premières et optimisation des procédés de fermentation à faible émission de carbone ;
- Innovation en matière de forme du produit (comme l’application combinée de probiotiques avec des fibres alimentaires et des peptides) ;
Fermenteur entièrement automatique MIKEBIO 500-6000L
Conclusion
Les bactéries lactiques, ressource microbienne hautement fonctionnelle, contribuent au développement de nombreux secteurs industriels. De la définition des caractéristiques des souches aux normes de fermentation industrielle, en passant par la libération précise du produit, les exigences en matière de technologies et d'équipements tout au long de la chaîne sont de plus en plus élevées. À l'avenir, grâce à l'intégration du génie biologique et des équipements de fermentation intelligents, l'utilisation des bactéries lactiques se généralisera et contribuera davantage à la santé humaine et au développement d'une agriculture durable.
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