FR2587035A1 - Procede de production d'ethanol par fermentation de milieux sucres - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE PRODUCTION D'ETHANOL PAR FERMENTATION DE MILIEUX SUCRES PAR DES LEVURES CARACTERISE EN CE QU'EN DEBUT DE FERMENTATION LES LEVURES SONT MISES EN CONTACT INSTANTANEMENT AVEC LA TOTALITE DU MILIEU SUCRE A FERMENTER, ET EN CE QU'EN COURS DE FERMENTATION L'ENVIRONNEMENT DES LEVURES NE SUBIT AUCUN APPORT DE SUCRE JUSQU'EN FIN DE FERMENTATION OU LES LEVURES SONT SEPAREES DU MILIEU FERMENTAIRE.

Description

La présente invention concerne la production déitanol par fermentation en particulier à partir de mélasse.

Les procédés de fermentation actuellement mis en oeuvre dans les distilleries de mélasse se classent en deux groupes, dans la mesure où la levure produite par la fermentation est recyclée (fermentation par reprise de levures? ou non (fermentation par cuve-mère) dans le milieu fermentaire.

Dans la fermentation par cuve-mère, la production de levure est effectuée dans une cuve-mère, appelée aussi pré-fermenteur, alimentée par un moût assez peu chargé en sucre (70 g/l) et dans lequel se développe la levure (saccharomyces cerevisiae) en présence d'air.

Un temps de séjour de 10 heures est nécessaire pour produire un moût levuré titrant environ 3,5 à 40 GL et contenant 60.106 à 100.106 germes de levures par millilitre.

Il est rappele qu'une solution est à n GL quand elle renferme n cm3 d'alcool pur pour un volume total de 100 cm3 à la température de 15 C.

La température est maintenue à 330 C dans tout le circuit de fermentation.

Le moût levuré par la cuve-mère constitue le "pied de cuve" déposé au fond de la cuve de fermentation et dont le volume représente environ le tiers de celle-ci.

Il constitue l'apport de bio-masse de levure sur lequel sera coulée, sous forme d'un moût plus concentré (moût fort), la quantité de sucre nécessaire pour produire le degré alcoolique du vin.

Le moût est coulé progressivement dans cette cuve qui se remplit en 10 à 15 heures au fur et à mesure de l'assimilation du saccharose par la levure. Ce taux de fermentation du sucre est maintenu pendant le coulage à environ 80 % du substrat présent, de sorte que lorsque la cuve sera pleine elle titrera environ 6,50 GL pour une fermentation de 80 GL.

Cette méthode de coulage progressive permet de maîtriser l'élévation de la température durant le processus fermentaire. Celle-ci est de l'ordre de 18,9 kJ (2,6 kcal) par degré alcoolique produit. Le moût fort est maintenu aux environs de 150 C de sorte que les calories dégagées par la fermentation maintiennent la cuve à 330 C.

Si cette méthode ne suffit pas, un système de ruissellement d'eau sur les parois externes de la cuve élimine également les calories. Dans le cas de gros volumes de cuverie ( > 100 m3), un échangeur thermique doit être monté en boucle sur le soutirage de la cuve.

La biomasse de levure se maintient à environ 60.106 germes/ml dans cette cuve qui n'est pas aérée et donc ne peut produire qu'une très faible croissance de levure.

Le temps total de fermentation, hors cuve-mère, se situe vers 25 à 30 heures pour 8 à 90 GL.

Dans la fermentation par reprise de levure, le vin est envoyé dans une centrifugeuse qui produira d'une part le vin délevuré pour alimenter la colonne de distillation, d'autre part une suspension concentrée de levure (crème primaire) qui devra subir deux traitements avant d'être remise en fermentation.

- 1er traitement : lavage à l'eau
Un volume de crème est mélangé avec un volume d'eau et
maintenu agité par barbotage d'air durant 1 heure à
1 heure 30. Ce traitement a été recommandé depuis
plusieurs années dans le but de libérer la levure des
toxines accumulées durant la fermentation, et donc de
la rendre plus active pour le prochain cycle fermentaire.

Il a surtout pour but de diluer le surnageant et de
permettre, lors du traitement acide qui suivra, un
meilleur abaissement de pH avec le minimum d'acide
(baisse de l'effet tampon).

- 2ème traitement : lavage h l'acide
En fin de lavage, la levure passe dans une deuxième
centrifugeuse. Le surnageant constitue les "petites
eaux" ou veaux de levure" qui ont un degré alcoolique
voisin de 40 GL et ne peuvent donc être rejetées.

Elles sont recyclées
soit dans le moût, ce qui est une source d'infection
bactérienne,
soit dans la colonne de distillation, ce qui baisse
le degré du vin et augmente la consommation de vapeur.

La crème secondaire issue de la deuxième centrifugeuse
est additionnée d'eau et d'acide de manière à obtenir
un pH = 2 avec une acidité de 2 à 2,5 g/l d'acide
sulfurique.

Ce traitement acide est très efficace pour la destruction
des bactéries et doit durer 1 heure.

Le "pied de cuve" est dans ce procédé constitué par la levure traitée à l'acide. Il constitue une biomasse, beaucoup plus riche que dans le procédé précédent. Le coulage s'effectue de la même manière, avec un moût mélassé contenant le sucre nécessaire à la production du degré alcoolique désiré. Les trois premières heures de coulage se font cependant en aérobiose afin de regénérer la levure avant la fermentation proprement dite.

La population de levure étant beaucoup plus importante (200.106 -ger./ml), le temps de fermentation pour 80 GL est de l'ordre de 15 à 20 heures.

Enfin, un nouveau procédé proposé par la Société
ALFA LAVAL, sous le nom de Biostil, vient d'être installé dans une distillerie. Il a pour but de produire en continu un vin de faible degré alcoolique (5 à 60 GL) sur un milieu mélassé fortement enrichi en matières sèches par le recyclage des vinasses.

La productivité en éthanol est maintenue élevée grâce au bas degré alcoolique.

La résistance aux substances non-sucre est due t l'utilisation d'une souche sélectionnée de levure de la variété Schizosaccharomyces pombe.

Le fermenteur unique, aéré, fonctionne en continu et xecoit le recyclage des levures sans aucun traitement.

Les performances prévues sont les suivantes
- production de 60 GL en 7 à 8 heures, en présence
de 20 % de substances non-sucre.

Ceci constitue manifestement un remarquable progrès par rapport aux résultats qui viennent d'être exposés sur les cuveries traditionnelles.

Celui-ci se fait dans deux directions
- augmentation de la productivité d'éthanol et
de la matière sèche en fermentation.

Le tableau nO 1 permet de comparer les résultats obtenus selon les procédés utilisés. Il a été établi pour des vins à 80 GL, mais il est possible d'obtenir de plus forts degrés alcooliques par allongement du temps de fermentation. Le chiffre de 100 GL parait être un maximum.

TABLEAU N 1
PERFORMANCES DES PROCÉDÉS DE FERMENTATION ALCOOLOQUE DES MÉLASSES

DEGRE <SEP> ALCOOLIQUE <SEP> MATIERE <SEP> SECHE <SEP> BIOMASSE <SEP> DE <SEP> TEMPS
<tb> PRODUCTIVITE
<tb> DU <SEP> DE <SEP> LA <SEP> LEVURE <SEP> EN <SEP> DE
<tb> ROCEDE <SEP> D'ETHANOL
<tb> VIN <SEP> VINASSE <SEP> FERMENTATION <SEP> FERMENTATION
<tb> ( <SEP> GL) <SEP> (%) <SEP> (Germes/ml) <SEP> (Heures) <SEP> (g/l/h)
<tb> 8 <SEP> GL
<tb> Cuve-Mère <SEP> sur <SEP> mélasse <SEP> 9% <SEP> 60.10@ <SEP> 25 <SEP> 2,5 <SEP> %
<tb> (P <SEP> = <SEP> 60)
<tb> 8 <SEP> GL
<tb> Reprise <SEP> de
<tb> sur <SEP> mélasse <SEP> 9% <SEP> 200.10@ <SEP> 17 <SEP> 3,7 <SEP> %
<tb> levure
<tb> (P <SEP> = <SEP> 60)
<tb> 6 <SEP> GL
<tb> sur <SEP> mér <SEP> mélasse <SEP> non
<tb> 20 <SEP> % <SEP> 8 <SEP> 5,9
<tb> Biostil <SEP> + <SEP> précise
<tb> Vinasse
<tb> * Productivité à majorer de 20%, dans un système fonctionnant en continu.

(Une cuverie discontinue n'utilise que 80% de son volume).

Le gain de productivité provient toujours d'un enrichissement en biomasse de levure, et c'est bien ce qui caractérise les procédés : Biostil et Reprise de levure. La fermentation par cuve-mère devra donc être abondonnée, dans l'avenir, au profit du recyclage de biomasse qui demeure indispensable pour la fermentation de produits à haute teneur en matière sèche non-sucre.

L'objet de la présente invention se place dans l'optique d'une augmentation de la productivité d'éthanol sur mélasse non pas pour augmenter la productivité intrinsèque mais afin de pouvoir utiliser des milieux de fermentation à haute teneur en non-sucre.

En effet, la production d'éthanol à moindre coût énergétique impose la conception d'ateliers de fermentation pouvant fonctionner sur des milieux à haute concentration de substances non-sucre. Ceci permet d'obtenir une vinasse relativement chargée en matières sèches et donc une économie de vapeur sur l'atelier de concentration où elle est en voyée. Cet enrichissement du milieu fermentaire en nonsucre se fait tout naturellement par le recyclage d'une partie de la vinasse dans le moût à fermenter.

Dans le cas des sous-produits de sucrerie (mélasses et égouts pauvres), on a montré qu'à concentrations égales, les substances non-sucre avaient une activité biologique identique sur la levure, quelle que soit leur origine vinasse ou mélasse. Par contre,une augmentation de ces produits à des doses supérieures à celles trouvées dans la mélasse (pureté < 60 %) provoque une baisse de la productivité d'éthanol (g/l/h) dans des proportions qui s'amplifient en fonction du taux de non-sucre recyclé.

Pour ce faire, la présente invention propose un procédé de production d'éthanol par fermentation de milieux sucrés, par des levures, caractérisé en ce que - en début de fermentation les levures sont mises en
contact instantanément avec la totalité du milieu sucré
à fermenter, et - en ce qu'en cours de fermentation, l'environnement
des levures ne subit aucun apport de sucre jusqu'en fin
de fermentation où les levures sont séparées du milieu
fermente.

Ce procédé se caractérise donc en ce que, contrairement à ce qui est fait dans les techniques dites de fermentation par cuve-mère ou les techniques de fermentation par reprise de levure, le milieu sucré n'est pas coulé lentement au contact des levures mais au contraire le contact est effectué instantanément, c'est à dire en un espace de temps très faible compatible avec la réalisation industrielle de cette étape.

Dans la suite de la fermentation, il n'y a plus d'apport de sucre jusqu'd ce que la fermentation soit terminée et que les levures soient séparées dû milieu alcoolisé, c'est-à-dire du milieu fermenté, c'est ce qu'on entend par "l'environnement des levures ne subit aucun apport de sucre jusqu'en fin de la fermentation".

Afin d'assurer le déroulement de la fermentation, il convient de maintenir dans le milieu fermentaire, une biomasse de l'ordre de 100 à 130.106 germes de levures par ml de milieu, ce qui donne en général un culot de poids frais de l'ordre de 10 *.

Dans ces conditions, la fermentation reste stable pendant des semaines à 80 GL pour une durée de 4 à 6 heures, si l'on recycle les levures après centrifugation sous forme d'un culot de levures essoré ou d'une crème de levure épaisse (culot de préférence de l'ordre de 50 % en levure sous forme de matière fraîche).

On peut ainsi utiliser, sans modifier les paramètres du procédé, une crème de levure à 50 % du culot de levure humide.

Il convient de remarquer que dans le procédé selon l'invention les levures, après séparation de i'alcool, sont recyclées en début de fermentation sans autre traitement, en particulier sans lavage.

Il convient également de remarquer que le procédé doit etre conduit avec une contamination bactérienne qui doit être inférieure & 703, de préférence à 102 germe par ml.

En effet, la flore contaminante qui est le plus souvent d'origine lactique produit une acidité organique qui perturbe le métabolisme de la levure, ce qui conduit très rapidement une baisse de la productivité d'alcool qui peut atteindre 20 % dès que l'acide d'origine bactérienne atteint 1 g/l.

Dans ces conditions, si l'on veut recycler les levures comme cela est proposé, il convient de résoudre le problème de la protection contre la contamination bactérienne.

Afin que la biomasse reste constante au cours du cycle de fermentation, il convient de prévoir une aération faible de l'ordre de 0,5 à 2 VVH, de préférence de 0,5 à 1 WH. Cette aération étant nécessaire à la croissance et à la survie des cellules. Cette aération n'affecte d'ailleurs pas le bilan fermentaire qui reste proche de 60 à 62 1 d'alcool pur pour 100 kg de saccharose consommés.

Bien entendu, le procédé envisagé qui comporte le coulage instantané du milieu sucré dans la biomasse bactérienne peut poser des problèmes de refroidissement puisque dans ces conditions on note une élévation de températrue considérable dans le début de la fermentation, c'est pourquoi comme cela a été dit précédemment l'un des intérêts majeurs du procédé selon la présente invention n'est pas tant de pouvoir préparer en un temps réduit, c'est-à-dire un temps de fermentation de l'ordre de 5 heures, un vin à 80 GL, mais bien à pouvoir préparer avec une durée de fermentation normale, c'est-à-dire de l'ordre de 20 heures, un vin contenant également 80 GL mais contenant une teneur en matière sèche beaucoup plus élevée, c'est-à-dire un vin obtenu à partir d'une matière sucrée dans laquelle on a recyclé des matières non-sucre telles que des vinasses.

L'ajout de vinasses ou de matières non-sucre au milieu sucré conduit b un ralentissement du processus fermentaire et dans le cas du procédé selon la présente invention, ceci n'est pas gênant car le processus fermentaire est beaucoup plus rapide qu'avec les procédés mis en oeuvre jusqu'à présent.

Dans ces conditions, on obtient des résidus de fermentation riches en non-sucre qui n'ont pas à être concentrés ce qui conduit à une économie de vapeur et donc d'énergie considérable.

De façon générale, on a constaté que l'on pouvait dans le procédé, selon la présente invention, introduire de la matière sèche non-sucre dans le milieu fermentaire, dans des proportions de 10 à 30 % (P/v) du milieu fermentaire, en particulier de 15 à 25 % (P/V). En particulier lorsque le milieu sucré utilisé est une mélasse de betterave, on peut utiliser des vinasses correspondantes pour diluer le milieu sucré.

Les milieux sucrés peuvent être d'origines diverses, en particulier il peut s'agir de produits provenant de grains (céréales) de fruits, de betteraves ou de cannes à sucre, par exemple.

Dans le cas de l'alcool de grains, il est possible d'envisager des taux de matières non-sucre encore plus élevés que pour la mélasse de betterave, de l'ordre de 40 %.

Bien que le procédé selon la présente invention soit dans son essence un procédé essentiellement discontinu, puisque la fermentation ne subit pas d'apport extérieur de matière fermentaire, il n'est pas exclu de pouvoir pratiquer le procédé selon la présente invention de manière continue, c' est-à-dire de faire progresser les levures et leur milieu dans des cuves en cascade, dans lesquelles elles seront toujours en équilibre avec le même milieu environnant, il est d'ailleurs possible de prévoir un système dans lequel un front de levure se déplace de façon continue pour,partant d'une extrémité correspondant b un début de fermentation, se terminer en fin de fermentation dans un milieu contentant essentiellement le vin.

Sur le plan pratique, on peut envisager deux types de fermentation mettant en oeuvre le procédé selon l'invention.

Dans le cas d'une fermentation en discontinu, la cuve sera remplie de moût à 330 C pendant le temps nécessaire à la centrifugation de la levure provenant d'une autre cuve de vin alimentant la distillation. Cette opération dure, én général, 2 à 3 heures qui seront nécessaires pour établir le volume fermentaire initial. Si le produit fermenté est de la mélasse de pureté 60, le temps de fermentation devra durer 5 heures et l'on imagine dans ce cas, les contraintes industrielles pour évacuer les calories et le gaz carbonique sur un temps si court.

Ce procédé a été mis au point pour fonctionner en recyclage de vinasse, de sorte que le temps de fermentation soit allongé à 20-24 h, par un milieu fermentaire contenant 20 % de matière sèche non-sucre (pureté 40 %).

L'aération sera maintenue à 0,5 - 1 WH dès le remplissage de la cuve et durant toute la fermentation.

Dans le cas d'une fermentation continue, le mélange moût et levure, est acheminé dans un ensemble de compartiments montés en série. Au cours de ce cheminement, le milieu s'enrichit progressivement en alcool et s'appauvrit en sucre.

Chaque compartiment se trouve donc à un degré alcoolique croissant du premier au dernier étage du fermenteur. Le sucre, bien entendu, suit la courbe inverse.

Un tel procédé se rencontre sur site industriel sous forme de plusieurs cuves montées en série.

La mise en oeuvre du procédé nécessite dans ce cas
- un dispositif d'aération à monter dans chaque cuve
- un coulage du moût uniquement dans la première cuve en même temps que la crème de levure recyclée.

Le nombre de cuves devra être suffisamment grand pour que la variation du degré alcoolique entre chaque cuve ne dépasse pas 0,50 GL.

Les exemples suivants sont destinés à mettre en évidence d'autres caractéristiques et avantages de la présente invention.

EXEMPLE 1 Recyclage de levure~sur fioles~de~30 ml a) Conditions expérimentales
Le moût est ainsi constitué - Saccharose : 140 g/l par une mélasse de purete de 60 % - Acidité : 2,5 g/l d'acide sulfurique par utilisation
d'acide chlorhydrique - pH : 5,0 - Phosphate
di-ammoni
que : 0,5 g/l - Antimousse
La levure utilisée est une souche de Saccharomyces cerevisiae (U.N.G.D.A. nO 1) ayant de bonne performances en fermentation alcoolique de mélasse.

Après une pré-culture sur milieu Malt Wickerham et reprise par l'eau physiologique (NaCl : 9g/l) la levure est prête pour l'inoculation du moût.

Une fiole de 50 ml contenant 30 ml de moût est ensemencée par la levure à la dose de 106 germes/ml. Elle est munie d'un dispositif de micro-fuite permettant la mesure de la production d'éthanol par pesée du gaz carbonique dégagé.

La fermentation se déroule dans une étuve à 330 C, avec agitation rotative des fioles. La biomasse de levure est mesurée par étalement sur boite de Pétri contenant du milieu gélosé Malt Wickerham. ra reprise de levure se fait par centrifugation. Le culot obtenu est remis en suspension dans 30 ml de moût, sans aucun traitement préalable de la levure (pas de lavage, ni à 'eau, ni à l'acide).

b) Résultats
Après une première fermentation dans les conditions du test, la levure est recyclée de nombreuses fois sur le moût pendant une longue période de deux trois mois. La biomasse et la productivité augmentent jusqu'à la 4ème fermentation puis restent stables durant tous les autres cycles fermentaires, sans déqénerescence de la levure.

Les résultats des quatre premières fermentations figurent en chiffres sur le tableau n 2.

TABLEAU N 2
GAIN DE PRODUCTIVITÉ PAR RECYCLAGE DES LEVURES

BIOMASSE <SEP> DE <SEP> LEVURE
<tb> TEMPS <SEP> DEGRE
<tb> FERMEMTATIONS <SEP> germes/ml <SEP> PRODUCTIVITE
<tb> DE <SEP> ALCOOLIQUE
<tb> SUCCESSIVES <SEP> FERMENTATION <SEP> DU <SEP> VIN <SEP> D'ETHANOL
<tb> Début <SEP> de <SEP> Fin <SEP> de
<tb> Fermentation <SEP> Fermentation <SEP> (Heures) <SEP> ( <SEP> GL) <SEP> (g/1/h)
<tb> 1ère <SEP> Fermentation
<tb> 106 <SEP> 60.106 <SEP> 24 <SEP> 8,3 <SEP> 2,7
<tb> (test <SEP> standard)
<tb> 2ème <SEP> Fermentation <SEP> 60.106 <SEP> 100.106 <SEP> 16 <SEP> 8,3 <SEP> 4
<tb> 3è@e <SEP> Fermentation <SEP> 100.106 <SEP> 130.106 <SEP> 8 <SEP> 8,3 <SEP> 8,2
<tb> 4èse <SEP> Fermentation
<tb> 130.106 <SEP> 130.106 <SEP> 5 <SEP> 8,3 <SEP> 13
<tb> et <SEP> suivantes
<tb> 130.106 germes/ml représente en poids frais 10% du vin.

c) Conclusions
L'interprétation de ces résultats se fera selon quatre points essentiels qui mettent en évidence les paramètres technologiques du procédé selon l'invention.

1. Croissance de la biomasse sur moût concentré
Les trois premières fermentations montrent qu'il est possible d'intégrer, sur le même moût concentré en sucre, une croissance de la levure sans atténuer la production d'éthanol. L'air contenu dans les fioles de 50 ml constitue une aérobiose ménagée qui permet ainsi une bonne croissance de la levure.

2. Stabilisation de la biomasse à 4ème fermentation
Il faut rappeler qu'une cellule de levure en croissance donne par bourgeonnements successifs, un certain nombre de cellules-filles, puis meurt. Sa durée de vie dépend pour une grande part des conditions du milieu nutritif en rapport avec son métabolisme. Un taux de mortalité apparaît donc dans toute population de levure recyclée et constitue, avec le taux de croissance, les deux facteurs essentiels du maintien de la biomasse.

Au delà de la 4ème fermentation, la même quantité de moût et d'air étant toujours disponible, l'on peut imaginer que le nombre de divisions cellulaires reste constant.

Si la biomasse n'augmente plus, il faut admettre qu'il s'établit désormais un équilibre entre le nombre de cellules qui meurent et celles qui naissent par divj'nn cellulaire.

Du fait, bien que la biomasse et la productivité restent constantes à partir de la 4ème fermentation, l'on constate néanmoins par observation microscopique, de nombreuses cellules de lewresmortes. Celles-ci ne gênent en rien la production d'alcool et constituent probablement une source de protéines nutritives pour les levures en croissance.

3 - Aucun lavage de la levure n'est nécessaire
A l'observation des procédés industriels actuellement proposés, on a vu qu'il semblait indispensable à la levure de subir deux traitements avant d'être recyclée lavages b l'eau et à l'acide.

Or, les essais qui viennent dêtre décrits montrent clairement que la levure peut passer directement du milieu alcoolisé (vin) dans le milieu sucré (moût) sans subir aucun traitement prélable (lavage ou traitement acide).

Les fermentations successives n'en sont pas pour autant affectées et gardent une biomasse et une productivité tout à fait stables. Ceci remet en cause le bienfondé du lavage des levures par l'eau, dans le but "d'éli- miner les toxines" de la fermentation. Les procédés de lavage actuellement proposés pour la reprise des levures n'ont qu'un seul but : la décontamination bactérienne.

Il semble donc qu'en maintenant dans le milieu une très 2 3 faible contamination bactérienne, ( < 10 ou 10 germes/ml), il soit possible d'éliminer le processus de lavage et de traitement acide des levures. Ceci représente un gros progrès technologique, car l'on connait les contraintes qu'impose un tel procédé ainsi que les nuisances apportées par le recyclage des eaux de levures issues de la deuxième centrifugation.

4. Productivité d'éthanol très élevée : 13 g/1/h
La biomasse de levure est ici de 130.106 germes/ml.

Elle est du même ordre, et même inférieure à celle que l'on constate sur le site industriel dans le procédé par reprise de levure. Dans les essais, la fermentation dure 5 heures (productivité : 13 g/l/h) et dans le milieu industriel, elle va de 20 à 24 h. (productivité : 4g/l/g).

Cette différence peut s'expliquer de la façon suivante
Comme toute réaction biochimique, la transformation du saccharose on thanol se fait à une vitesse qui est proportionnelle à la concentration du substrat (saccharose)
On salut, de plus, que l'éthanol produit est inhibiteur et s'accumule dans les cellules de levure.

On a cela exposé précédemment la conduite du coulage du moût en milieu industriel.

Afin d'éliminer plus facilement les calories, la cuve est progressivement alimentée en sucre par un moût froid (14 C).

Ceci à deux conséquences
- la levure est très vite dans un milieu riche en
alcool (80 % du GL final)
- la concentration en sucre dans la cuve n'excède
pas 20 % de celle du moût, pendant le coulage.

A l'inverse de ce coulage progressif que l'on observe dans les usines, les essais de laboratoire ont été menés en coulage instantané, c'est-a-dire que, dès le début de la fermentation, la levure (130.106 germes/ml) est mise dans un milieu à 14 % de saccharose soit la concentration maximale en substrat.

L ethanol initial ne dépasse pas 10 GL, dû à l'alcool apporté par les levures. L'enrichissement en alcool se fait alors progressivement en suivant la courbe normale de fermentation, mais il n'y a pas dès le début un degré alcoolique élevé.

On pense donc que les différences de concentrations en sucre et en éthanol qui viennent d'être mises en évidence, sont pour une grande part responsables des différences de vitesse de fermentation observées.

Le procédé de l'invention propose donc, pour obtenir une forte productivité un coulage instantané où la totalité de la biomasse est mise le plus tôt possible en contact avec la totalité du moût - fermenter
EXEMPLE COMPARATIF
Application en fermentation continue sur fermenteur ungue
Ce procédé est souvent proposé comme application industrielle, car ses avantages sont nombreux (simplicité de mise en oeuvre, automatisation facilitée...etc).

Il peut donc paraître intéressant de proposer son utilisation en production d'alcool de mélasse. Notons, cependant, que le fonctionnement d'un tel fermenteur alimenté en continu imposera aux levures des concentrations minimales en substrat (sucre : 2 à 5 g/l) et maximales en éthanol (8 GL). Ceci va à l'encontre du procédé selon l'invention dans lequel la productivité d'éthanol augmente avec la concentration en substrat.

On réalise deux types de montage - le premier, sans reprise de levure, dans lequel la
biomasse dépendra du taux de croissance de la levure, - le second, avec recyclaqe total des levures.

La population de levure dépenura alors, comme dans les essais précédents, des taux de croissance et de mortalité des levures.

Les conditions restent identiques à celles de l'exemprécédent pour ce qui concerne - la constitution du moût, - la souche de levure, - la préculture et l'inoculation du moût, - les mesures de biomasse.

Les circuits de fermentation ont fonctionné dans les conditions suivantes - le moût est stocké au frigidaire (40 C) durant une
périoae n'excédant pas 3 jours. Aucune contamination
bactérienne ne sé développe dans ces conditions, de sorte
que l'ensemble des milieux en fermentation resteront,
durant tous les essais, à un taux de bactéries très
bas ( < 102 germes/ml), - le fermenteur est une colonne en verre comportant à
sa base une plaque de verre fritté par où sera envoyé
l'air. Celui-ci aura également pour effet de maintenir
le milieu homogène gracie au transfert gazeux qu'il
maintient le long de cette colonne.

Le volume en fermentation est de 300 ml. L'alimentation
en moût se fait par le bas à l'aide d'une pompe péris
talique. L'évacuation du vin et des levures se fait
par le haut, avec l'entraînement des gaz, grâce à un
tube affleurant au niveau du milieu fermentaire.

Dans le cas d'une fermentation sans reprise de levure,
seul le fermenteur est utilisé, - le décanteur à levures, réfrigéré, permetXeur
décantation à partir du vin et leur recyclage dans
le fermenteur par le circuit d'alimentation en moût.

Un système de double paroi permet aux levures de se
déposer en évitant la turbulence de l'arrivée du vin
et des gaz. 50 à 80 % de la biomasse est ainsi recyclée.

Le reste est stocké dans le frigidaire, et centrifugé
manuellement deux fois par jour, de manière à compléter
le transfert de levure à 100 % dans le fermenteur, - l'alimentation en moût se fait de manière à maintenir
dans le fermenteur des concentrations en sucre et en
alcool proches d'un vin en fin de fermentation.Le
paramètre décisif était le sucre restant dont les con
centrations devaient se maintenir entre 3 et 5 g/l,
exprimées en saccharose, - le degré alcoolique était bien entendu proche de
80 GL, -dans ces conditions, les performances du procédé sont
- le temps de fermentation (heures) i
Volume en fermentation (ml)
Débit moût (ml/h)
- la population de levure dans le fermenteur : germes/ml
- la productivité d'éthanol obtenu : g/l/h - l'alimentation en air : s'est faite à partir d'une
bouteille d'air comprimé et a pû être variée de O à
6 W H (volume d'air par volume fermenté et par
heure).

- le bilan fermentaire : Alcool produit
Sucre consommé
a été mesuré selon le taux d'aération, en tenant compte
de l'éthanol entrainé par les gaz.

RESULTATS
Les deux procédés de fermentation : avec ou sans reprise de levure, ont fonctionné durant plusieurs semaines de manière à stabiliser l'alimentation en moût en fonction de la biomasse présente.

Les performances sont idendiques dans les deux cas - degré alcoolique : 8 à 8,30 GL - sucre restant : 3 à 5 gil - temps de fermentation : 30 heures - biomasse de levure : 20.106 germes/ml - Productivité d'éthanol
80 x 0,8 = 2,13 g/l/h
30
Les résultats sont de beaucoup inférieurs à ceux obtenus dans l'exemple 1. Ils mettent en évidence plusieurs points importants.

La biomasse de levure reste très faible (20.106) par rapport i celle que l'on observe à l'exemple 1 (130.106).

Cet écart est considérable et met en évidence l'action inhibitrice du milier dans lequel le levure a séjourné.

Dans le cas de la non reprise de levure, seul le taux de croissance est en cause, et il est manifestement très faible.

Pour le circuit avec reprise d levure, l'on ne constate pratiquement pas d'augmentation de biomasse.

En admettant que le taux de croissance reste inchangé, il semblerait donc que le temps de survie des levures dans le milieu maintenu à 80 GL ne puisse excéder 30 heures.

Cette biomasse peu concentrée est donc responsable d'un temps de fermentation beaucoup plus long (30 h. au lieu de 5 h), ce qui donne une productivité d'éthanol articulibrement basse (2 g/l/h) et proche des chiffres obtenus en usine dans le procédé par cuve-mère.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Procédé de production d'éthanol par fermentation de milieux sucrés par des levures caractérisé

- en ce qu'en début de fermentation les levures sont mises en contact instantanément avec la totalité du milieu sucré A fermenter,et

- en ce qu'en cours de fermentation l'environnement des levures ne subit aucun apport de sucre jusqu'en fin de fermentation où les levures sont séparées du milieu fermenté.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la biomasse est comprise entre 100 et 130.106 germes de levures/ml de milieu.

3. Procédé selon les revendications 1 et 2,caractérisé en ce que les levures après séparation u milieu fermenté sont recyclées en début de fermentation sans autre traitement.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la contamination bactérienne est inférieure à 103 germes/ml, notamment à 102 germes/ml.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'aération du milieu de fermentation est maintenue entre 0,5 et 2 VVH d'air.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que 11 aération est maintenue entre O,5 et 1 VVH d'air.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le milieu sucré est additionné de matière non-sucre avant le début de la fermentation.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la matière non-sucre est une vinasse.

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le milieu sucré est une mélasse.

10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les matières sèches non-sucre repré- sentent de 10 à 30 t (P/V) du milieu fermentaire.

11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les matières sèches non-sucre reprd- sentent de 15 à 25 % (P/V) du milieu fermentaire.

12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le milieu sucré est une mélasse debetteraves.

13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la fermentation est conduite dans une cuve unique.

14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la fermentation est conduite dans des cuves en cascades.