Summary
Data on physiology, effect of various parameters on the growth as well as on the metabolism of the culture, monitoring and regulation of parameters are of critical importance in the design of a commercial process. The studies on these aspects at laboratory scale thus dictate the use of efficient laboratory scale bioreactors. A column bioreactor was developed at ORSTOM and the manufactured commercial units are, herewith, described along with various strategies for monitoring and control of different parameters. The design of the modified kneading machine is also reported for upgradation of wastes at a level of 120 L capacity. To overcome the lack of a system for inoculum development, a disk fermentor was developed, which was found to be highly efficient. A static fermenter of the capacity of 50 Kg substrate, named as Zymotis was developed for efficient control of the fermentation temperature and achievement of high productivities. All these bioreactors form one of the most important contribution of ORSTOM to solid state fermentations, based on the use of solid substrates/supports.
Resume
Les données de la physiologie, l’effet de différents paramètres sur la croissance aussi bien que sur le métabolisme de la culture, la supervision et la régulation des paramètres sont d’une importance critique dans la conception de procédés commerciaux. Les études concernant ces aspects à l’échelle du laboratoire impliquent donc l’utilisation des bioréacteurs de laboratoire efficaces. Le bioréacteur en colonne développé à l’ORSTOM et l’unité commerciale construite sont ici décrits, de même que les stratégies de contrôle et supervision de différents paramètres. La conception d’un pétrin de boulangerie modifié est également signalée pour la valorisation de déchets à une capacité de 120 litres. Afin de combler la manque de systèmes de production contrôlée d’inoculum, un fermenteur à disques fut développé, et se révéla d’une grande efficacité. Un fermenteur statique d’une capacité de 50 kg de substrat, nommé Zymotis, fut développé dans le but d’obtenir un contrôle efficace de la température de fermentation et d’atteindre des productivités élevées. Tous ces bioréacteurs forment l’une des plus importantes contributions de l’ORSTOM aux fermentations en milieu solide, basées sur l’utilisation de substrats/supports solides.
This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.
Access this chapter
Tax calculation will be finalised at checkout
Purchases are for personal use only
Preview
Unable to display preview. Download preview PDF.
References
Aidoo, K.E., Hendry, R. and Wood, B.J.B. (1982). Solid substrate fermentations. Adv. Appl. Microbiol. 28: 210–236.
Barrios-Gonzales, J., Tomasini, A., Viniegra-Gonzales, G. and Lopez, J. (1988). Penicillin production by solid state fermentation. Biotechnol. Letters 10: 793–798.
Barrios-Gonzales, J., Rodriguez, G.M. and Tomasini, A. (1990). Enviromental and nutrional factors controlling aflatoxin production in cassava solid state fermentation. J. Ferment. Bioeng. 70: 329–333.
Christen, P. and Raimbault, M. (1991). Optimization of culture medium for aroma production by Ceratocystis fibriata. Biotechnol. Letters 13: 521–526.
Deschamps, F., Meyer, F. and Prebois, J.P. (1980). Mise au point d’une unité pilote de fermentation aérobie en milieux solides. Colloque annuel, Soc. Microbiol. Ind. Fr. INSA, Toulouse, France, 13–14 Mars.
Deschamps, F., Giuliano, c., Asther, M., Huet, M.C. and Roussos, S. (1985). Cellulase production by Trichoderma harzianum in static and mixed solid state fermentation reactors under monaseptic conditions. Biotechnol. Bioeng. 27: 1385–1388.
Dufour, D. (1990). Production de pectinases dans un milieu absorbé sur bagasse. Contribution à l’étude de la physiologie des champignons pectolytiques, cultivés en milieu solide, en relation avec la respiration et la synthèse de pectinases. These Doct. Université de Technologie de Compiègne, France, 262 p.
Durand, A. (1983). Les potentialités de la culture à l’état solide en vue de la production de microorganismes filamenteux. Les antagonismes microbiens, 24ème colloque SFP, Bordeaux, France, 26–28 Mai, Ed. INRA (Les colloques dJ l’INRA No. 18: 263–277 ).
Elad, Y., Kirshner, B. and Gotlib, Y. (1993). Attemps to control Botrytis cinerea on roses by pre-and postharvest treatments with biological and chemical agents. Crop Protection. 12: 69–73.
Gonzales-Blanco, Saucedo-Castalieda, G. and Viniegra-González, G. (1990). Protein enrichment of sugar cane products using solid-state cultures of Aspergillus terreus. J. Ferment. Technol. 70: 351–354.
Gutierrez-Rojas, M., Cordova, J., Auria, R., Revah, S. and Favela-Torres, E. (1995). Citric acid and polyols production by Aspergillus niger at high glucose concentration in solid state fermentation on inert support. Biotechnol. Letters. 17: 219–224
Hesseltine, C.W. (1987). Solid state fermentation–An overview. Int. Biodeterior 23: 79–89.
Huerta, S.O. (1984). Efecto de la transferencia de massa y la acumulación del calor metabólico en la fermentación de cultivos solido. Tesis Maestria en Ciencias. Univ. Autonoma Metropolitana, Iztapalapa, Mexico, 147 p.
Kabbaj, W., Bensoussan, M. and Roussos, S. (1996). Factors affecting physiology of mycelium growth and aroma production in solid state fermentation of mushrooms. in Roussos et al (Eds) Advances in Solid State Fermentation, Chapter 36.
Lambert, P.W. and Meers, J.L. (1983). The production of industrial enzymes. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B 300: 263–282.
Lonsane, B.K., Ghildyal, N.P., Budiatman, S. and Ramakrishna, S.V. (1985). Engineering aspects of solid state fermentation. Enzyme Microb.. Technol. 7: 258–265.
Lonsane, B.K., Saucedo, G., Raimbault, M., Roussos, S. and Viniegra, G. (1992). Scale-up strategies for solid state fermentation process. Process Biochem. 27: 259–273.
Lozano, p., Pioch, D. and Roussos, S. (1995). Procédé de préparation d’un arôme, notamment d’un arôme de coco, par fermentation en milieu solide et application de ce procédé. Brevet français n° 95. 01713.
Martinez-Cruz, P., Christen, P. and Farres, A. (1993). Medium optimization by a fractional factorial design for lipase production by Rhizopus delemar. J. Ferment. Bioeng. 76: 94–97.
Meyer, F. and Deschamps, F. (1979). Nouveaux fermenteurs pour milieux solides. Brevet français No. 79. 02625.
Moo-Young, M., Moreira, A.R. and Tengerdy, R.P. (1983). Principles of solid substrate fermentation. In: Smith J.E., Berry D.R. and Kristiansen, B. (Eds). The filamentous fungi. Fungal technology vol. 4, Edward Arnold Publisher, London, 117–144.
Muindi, P.J. and Hanssen, J.F. (1981). Protein enrichment of cassava root meal by Tricoderma harzianun for animal feed. J. Sci. Food. Agric. 32: 647–654.
Okuda, T., Fujiwara, A. and Fujiwara, M. (1982). Correlation between species of Trichoderma and production patterns of isonitrile antibiotics. Agric. Biol. Chem. 46: 1811–1822.
Oriol, E. (1987). Croissance d’ Aspergillus niger sur milieu solide: Importance de l’eau et de l’activité de l’eau. Thèse Doct. INSA, Toulouse, France, 133 p.
Perraud-Gaime, I. (1995). Cultures mixtes en milieu solide de bactéries lactiques et de champignons filamenteux par la conservation et la décaféination de la pulpe dr café. Thèse de Doctorat, Université Montpellier II, France, 209 p.
Prebois, J.P., Raimbault, M. and Roussos, S. (1985). Biofermenteur statique pour la culture de champignons filamenteux en milieu solide. Brevet français No. 85. 17934.
Raimbault, M. (1980). Fermentation en milieu solide. Croissance de champignons filamenteux sur substrat amylacé. Thèse d’Etat. Univ. Paul Sabatier, Toulouse, France, 291 p.
Raimbault, M. and Germon, J.C. (1976). Procédé d’enrichissement en protéines c produits comestibles solides. Brevet français A.N. V.A.R. No. 76. 06. 677.
Raimbault, M. and Alazard, D (1980). Culture method to study fungal growth in solid fermentation. European J. Appl. Microbiol. Biotechnol. 9: 199–209.
Raimbault, M. and Roussos, S. (1985). Procédé de production de spores dw champignons filamenteux. Brevet français No. 85. 08555.
Roussos, S. (1985). Croissance de Trichoderma harzianun par fermentation en milieu solide: physiologie, sporulation et production de cellulases. Thèse d’Etat. Univ. Provence, France, 193 p.
Roussos, S., Olmos, A., Raimbault, M., Saucedo-Castañeda, G. and Lonsane, B.K. (1991a). Strategies for large scale inoculum development for solid state fermentation system: conidiospres of Trichoderma harzianum. Biotechnol. Tec. 5: 415–420.
Roussos, S., Raimbault, M., Viniegra, G., Saucedo, G. and Lonsane, B.K. (199 lb). Scale-up of cellulases production by Trichoder na harzianum on a mixture of sugar cane bagasse and wheat bran in solid state fermentation system. Micol. Neotr. Apl. 4: 49–62.
Roussos, S., Raimbault, M., Prebois, J.P. and Lonsane, B.K. (1993). Zymotis, A large scale solid state fermentor. Appl. Biochem. Biotechnol. 42: 37–52.
Roussos, S., Bresson, E., Saucedo-Castañeda, G., Martinez, P., Guymberteau, J. and Olivier, J.M. (1996). Production of mycelial cell inoculum of Pleurotus opuntiae on natural support in solid state fermentation. In Roussos et al (Eels) Advances in Solid State Fermentation, Chapter 41.
Saucedo-Castañeda, G. (1987). Contribuición al estudio de la fermentación sólida: Enriquecimento proteico y conservación por ensilaje. Tesis Maestria en Ciencias. Univ. Autonoma Métropolitana, Iztapalapa, Mexico, 169 p.
Saucedo-Castañeda, G., Gonzales, P., Revah, S., Viniegra, G. and Raimbault, M. (1990). Effect of lactobacilli inoculation on cassava (Manihot esculenta) silage: fermentation patters and kinetic analysis. J. Sci. Food Agric. 50: 467–477.
Saucedo-Castañeda, G. (1991). Contrôle du metabolisme de Schwanniomyces castellii cultivé sur support solide. Thèse Doct. Université Montpellier II, France, 212 p.
Saucedo-Castañeda, G., Lonsane, B.K., Navarro, J.M., Roussos, S. and Raimbault, M. (1992a). Potential of using a simple fermentor for biomass built-up, starch hydrolisis and ethanol production: solid state fermentation system involving Schwanniomyces castellii. Appl. Biochem. Biotechnol. 36: 47–61.
Saucedo-Castañeda, G., Lonsane, B.K., Krishnaia, M.M., Navarro, J.M., Roussos, S. and Raimbault, M. (1992b). Maintenance of heat and water balance as scaleup criterion for production of ethanol by Schwanniomyces castellii in solid state fermentation system. Process Biochem. 27: 97–107.
Saucedo-Castañeda, G., Trejo-Hernandez, M.R., Lonsane, B.K., Navarro, J.M., Roussos, S., Dufour, D. and Raimbault, M. (1994). On-line automated monitoring and control systems for CO2 and O2 in aerobic and anaerobic solid-state fermentations. Process Biochem. 29: 13–24.
Senez, J.C., Raimbault, M. and Deschamps, F. (1980). Protein enrichment of starchy substrates for animal feed by solid state fermentation. World Animal Review. 35: 36–39.
Soccol, C., Iloki, I., Marin, B., Roussos, S. and Raimbault, M. (1994). Comparative production of alpha-amylase, glucoamylase and protein enrichment of raw and cooked cassava by Rhyzopus strains in submerged and solid state fermentation. J. Food Sci. and Techn. 4: 320–323.
Trejo, M.H. (1986). Production de enzimas pécticas por fermentación en cultivo solido. Tesis de Licenciatura. Universidad Nacional Autonoma de Mexico ( UNAM ), Mexico, 106 p.
Trejo, M.H., Raimbault, M., Roussos, S and Lonsane, B.K. (1992). Potential of solid state fermentation for production of ergot alkaloids. Let. in Appl. Microbiol. 15: 156–159.
Author information
Authors and Affiliations
Editor information
Editors and Affiliations
Rights and permissions
Copyright information
© 1997 Springer Science+Business Media Dordrecht
About this chapter
Cite this chapter
De Araujo, A.A., Lepilleur, C., Delcourt, S., Colavitti, P., Roussos, S. (1997). Laboratory scale bioreactors for study of fungal physiology and metabolism in solid state fermentation system. In: Roussos, S., Lonsane, B.K., Raimbault, M., Viniegra-Gonzalez, G. (eds) Advances in Solid State Fermentation. Springer, Dordrecht. https://doi.org/10.1007/978-94-017-0661-2_8
Download citation
DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-017-0661-2_8
Publisher Name: Springer, Dordrecht
Print ISBN: 978-90-481-4904-9
Online ISBN: 978-94-017-0661-2
eBook Packages: Springer Book Archive