FR2588271A1 - Installation et procede de fermentation aerobie ou anaerobie en continu - Google Patents

Installation et procede de fermentation aerobie ou anaerobie en continu Download PDF

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Abstract

INSTALLATION ET PROCEDE POUR LA FERMENTATION AEROBIE OU ANAEROBIE EN CONTINU. L'INSTALLATION, SELON L'INVENTION, COMPREND UN FERMENTEUR 1 DU TYPE COLONNE PULSEE EQUIPEE DE PLATEAUX5, SUSCEPTIBLE DE CONTENIR UN MILIEU DE CULTURE 2 ENSEMENCE, DES MOYENS D'ALIMENTATION 11 EN CONTINU DU MILIEU EN SUBSTRAT NOURRICIER, DES MOYENS D'ALIMENTATION 15 DU MILIEU DE CULTURE EN AGENT NEUTRALISANT, DES MOYENS D'HOMOGENEISATION DU MILIEU DE CULTURE COMPORTANT UN DISPOSITIF 33 POUR ENGENDRER DES PULSATIONS DANS LE MILIEU DE CULTURE AINSI QUE DES MOYENS D'EXTRACTION 53 EN CONTINU DES PRODUITS DE LA FERMENTATION. CETTE INSTALLATION PEUT ETRE UTILISEE POUR LA FABRICATION DE PROTEINES, D'ENZYMES ET D'ORGANISMES MONOCELLULAIRES.

Description

INSTALLATION ET PROCèDE DE FERMENTATION AEROBIE OU
ANAEROBIE EN CONTINU
La présente invention a pour objet une ins lallation pour la fermentation aérobie ou anaérobie en continu ainsi qu'un procédé de fermentation anaérobie utilisant cette installation..Elle s'applique avantageusement dans le domaine de la biotechnologie et en particulier pour La production d'organismes monocellulaires ou micro-organismes (levures), la préparation de produits alimentaires (vin, fromage), de produits pharmaceutiques, de produits chimiques et énergétiques ainsi que pour la préparation d'enzymes et de protéines.
Lorsque des micro-organismes produisent des ferments à une échelle industrielle et par conséquent, en continu, il est nécessaire d'alimenter les microorganismes en substrat nourricier (lacto-sérum par exemple pour la fabrication de levures), d'assurer la demande en substrat chimique, et notamment en oxygène, azote ou oligo-éléments, pour permettre la croissance des micro-organismes, d'évacuer la chaleur produite au cours de la fermentation ainsi que de récupérer les produits de la fermentation c'est-à-dire les métabolites et/ou les micro-organismes qui se sont multipliés.
Tout défaut ou tout excès dans le milieu de culture de substrat nourricier, de substrat chimique, de chaleur, ou de produits de la fermentation entraîne une inhibition de la fermentation et diminue les rendements. Chacune des opérations ci-dessus doit donc être réalisée de la meilleure façon possible afin de maintenir constant le rendement de la fermentation.
Dans Les installations et procédés de fermentation actuellement connus, il est généralement nécessaire de diluer le substrat nourricier dans le milieu de culture entraînant par conséquent le traite ment d'un volume de liquide très important ainsi qu'une augmentation de La quantité d'effluents rejetée. En outre, les installations actuellement utilisees sont relativement volumineuses et complexes entraînant des coûts d'investissement élevés ainsi qu'une consommation énergétique relativement importante.
L'invention a justement pour objet une installation et un procédé pour la fermentation aérobie ou anaérobie en continu permettant de remédier à ces différents inconvénients.
En particulier, l'installation selon l'in- vention permet de traiter directement les milieux ou substrats nourriciers (lacto-sérums par exemple) sans dilution préalable, et ce quel que soit le mode de fonctionnement, aérobiose ou anaérobiose. La suppression de cette dilution permet de diminuer les taux d'investissements grâce à l'emploi d'une installation soins volumineuse ainsi qu'une diminution des coûts de production dûs au volume de liquide et d'effLuents à traiter réduit.
Par ailleurs, l'installation seLon l'invention permet d'assurer une très haute productivité et un haut rendement de fermentation en évacuant en continu les métabolites formés.
De façon plus précise, l'invention a pour objet une instatlation pour la fermentation aérobie ou anaérobie en continu comprenant un fermenteur susceptible de contenir une première phase, constituée par un milieu de culture ensemencée par des micro-organismes, des moyens d'alimentation en continu de la pre mièvre phase en agent neutralisant et en substrat nourricier, des moyens d'homogénéisation de la première phase et des moyens d'extraction en continu des produits de la fermentation, caractérisée en ce que les moyens d'homogénéisation comportent un dispositif pour engendrer des pulsations dans la première phase.
Par produits de la fermentation, il faut comprendre les métabolites produits par les micro-organismes, les gaz formés mais aussi les micro-organismes. En effet, les micro-organismes se multiplient sans cesse pendant la fermentation.
L'installation de fermentation de l'inven- tion peut être utilisée pour produire des métabolites et/ou les micro-organismes à l'origine de ces métabolites.
La pulsation qui peut être réalisée de façon mécanique ou pneumatique permet d'homogénéiser parfaitement le milieu de culture ainsi que d'augmenter de façon importante la productivité. En outre, L'em ploi de pulsations permet, par rapport à l'art antérieur, de réduire les consommations énergétiques du poste d'agitation.
Selon un mode de réalisation préféré de
L'installation selon l'invention, le fermenteur comporte une colonne garnie intérieurement de plateaux.
En aérobiose, la présence des plateaux permet, avec celle de la pulsation, d'accroître considérablement par rapport à l'art antérieur, le transfert d'oxygène nécessaire à la croissance des micro-organismes, en augmentant en permanence la surface d'échange gaz-milieu de culture, et en contribuant à la rupture et à la coalescence des bulles d'oxygene et de gaz formés lors de la fermentation.
Afin de contrôler parfaitement le désengagement des produits (gaz et liquide du fermenteur), ce fermenteur est équipé de façon avantageuse à sa partie supérieure d'un vase d'expansion.
Par ailleurs, un système permettant Le con trolle des mousses formées lors de la fermentation peut avantageusement être prévu. Ce systeme consiste en une injection régulée et automatique de produits tensioactifs sans risque d'empoisonnement du milieu de culture. Dans le cas d'une laiterie, on peut utiliser comme produits tensio-actifs des composés silicones.
Selon un mode de réalisation préféré de l'installation selon l'invention, les moyens d'homogénéisation comprennent des moyens de mise en circulation et de recyclage de la première phase dans le fermenteur.
En anaérobiose, l'installation pour la fermentation selon l'invention est avantageusement équipée d'une conduite d'amenée d'une seconde phase dans le fermenteur, cette seconde phase servant à l'extraction in situ des produits de La fermentation et en particulier des métabolites produits par les microorganismes.
L'extraction in situ des métabolites produits Lors de La fermentation en mode anaérobie par
Les micro-organismes, entraine une simplification considérable de ce procédé de fermentation, une augmentation de la productivité avec un haut rendement de fermentation, ainsi qu'une augmentation de la concentration du milieu nourricier (aucune dilution préalable) et de la production globale.
De façon avantageuse, un bac de décantation peut être prévu pour séparer, en mode anaérobie, la première phase de la seconde phase. De même, un dispositif de concentration peut être prévu pour séparer les produits de la fermentation de cette seconde phase et en particulier les métabolites produits par les micro-organismes.
La présente invention a aussi pour objet un procédé de fermentation anaérobie en continu utilisant l'installation décrite précédemment. Ce procédécon- sistant à alimenter en agent neutralisant et en substrat nourricier une premiere phase, constituée par un milieu de culture contenant des micro-organismes, et à extraire les produits de la fermentation, se caractérise en ce que l'on met en contact la première phase avec une seconde phase servant à extraire, dans Le fermenteur, les métabolites produits par les microorganismes lors de la fermentation.
L'extraction des métabolites par la seconde phase dans le fermenteur peut etre réalisée en mettant en circulation La première et la seconde phases à cocourant ou à contre-courant. Cette seconde solution a l'avantage de faciliter considérablement la séparation des métabolites et des micro-organismes produits lors de la fermentation et de simplifier l'installation de fermentation ; en effet, ces métabolites passent dans la seconde phase et les micro-organismes restent pour la fermentation- dans la première phase.
Dans le cas d'une laiterie, on peut utiliser comme seconde phase des alcools aliphatiques à longue chaîne.
Dans l'installation et le procédé selonl'invention, les paramètres physico-chimiques de la fermentation tels que la température, l'agent neutralisant, le substrat nourricier, le substrat chimique (oxygène, azote, et oligo-éléments), sont ajustés de façon très précise et automatiquement ce qui permet de réduire les coûts totaux de fonctionnement.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre donnée à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures annexées, dans lesquelles :
- la figure 1 représente schématiquement, selon une première variante, une installation conforme à l'invention pour la fermentation aérobie,
- la figure 2 représente schématiquement, selon une deuxième variante, une installation conforme à L'invention pour la fermentation aérobie,
- la figure 3 représente schématiquement une installation pour la fermentation anaérobie conforme à l'invention avec extraction à co-courant des produits de la fermentation, et
- la figure 4 représente schématiquement une installation pour La fermentation anaerobie conforme à l'invention avec une extraction à contre-courant des produits de la fermentation.
En vue d'une simplification et d'une meilleure compréhension de la description, les parties de l'installation inchangées sur les figures 1 à 4 porteront la même référence et les parties de structure differente mais jouant le même rôle porteront les mêmes références précédées d'un chiffre 1 des centaines.
Sur la figure 1, on a représenté une installation pour la fermentation aérobie, c'est-à-dire nécessitant la présence d'oxygène.
Cette installation comprend un fermenteur 1 prévu pour recevoir un milieu de culture 2, à L'état liquide, contenant des micro-organismes. Ce fermenteur comporte un corps de colonne 3 de préférence garni intérieurement de plateaux 5 perforés, régulière- ment repartis sur toute La hauteur du corps de colonne 3. Le corps de colonne 3 du fermenteur comporte à sa partie inférieure une zone d'alimentation 7 en produits nécessaires à la fermentation, et en particulier, en substrats nourricier et chimique nécessaires à la croissance des micro-organismes. Le fermenteur 1 comporte par ailleurs dans sa partie supérieure et surmontant le corps de colonne 3 un vase d'expansion 9, servant en particulier à désengager du fermenteur les produits de la fermentation tels que Les métaboli tes, les gaz produits par les micro-organismes et les micro-organismes eux-mêmes.
L'installation selon l'invention comporte en outre, une conduite d'amenée 11 du substrat nourricier (lacto sérum par exemple) éventuellement enrichi en substrat chimique (azote, oligo-éléments). Cette conduite d'amenée 11 en substrat est équipée d'une vanne 13 servant à réguler Le débit d'alimentation en substrat nourricier du milieu de culture 2. Cette conduite 11 débouche dans La zone d'alimentation 7 du fermenteur et en particulier dans le fond de celui-ci.
L'installation pour la fermentation comporte encore une boucle 15-18 de régulation du pH du milieu de culture 2. Cette boucle comporte une conduite d'amenée 15 d'une solution, généralement basique et en particulier d'une solution de NaOH ou de NH3 équipée d'une électro-vanne 16. La conduite d'amenée 15 débouche dans la zone d'alimentation 7 du fermenteur. L'ouverture et La fermeture de l'électro-vanne 16 sont asservies, via un dispositif 17 du type comparateur à seuil, à la mesure du pH du milieu de culture effectuée par une sonde 18, logée dans Le corps de colonne 3 du fermenteur et plongeant dans le milieu de culture 2.
De même, une boucle 19-22 de régulation de la pression en oxygène dans Le fermenteur est prévue.
Cette boucle comporte une conduite d'amenée en oxygène 19 débouchant dans la zone d'alimentation 7 du fermenteur 1. Elle est équipée d'une électro-vanne 20 dont la fermeture et l'ouverture sont commandées par un régulateur 21 du type comparateur à seuil suivant la mesure de la pression en oxygène dans Le fermenteur effectuée par une sonde 22 logée dans Le corps 3 du fermenteur 1.
Par ailleurs une boucle 23-27 de régulation de la température régnant dans le fermenteur 1 est prevue. Cette boucle comporte une double enveloppe 27 entourant le corps de colonne 3 du fermenteur, alimentee en un fluide chaud ou froid selon la thermodynamique de la réaction (eau par exemple) par une conduite d'amenée 23, débouchant à la base de la double enveloppe, équipée d'une électro-vanne 24 dont la commande est assurée par un régulateur 25 suivant la température mesurée dans le fermenteur par une sonde 26, logée dans le corps 3 du fermenteur.
Selon l'invention, l'installation pour la fermentation comporte des moyens d'homogénéisation du milieu de culture 2 contenu dans le corps 3 du fermenteur 1. Ces moyens comportent en particulier un dispositif 29 d'agitation mécanique engendrant des pulsations dans le milieu de culture 2. Les pulsations sont produites dans la zone d'alimentation 7 du fermenteur.
Un système de mise en circulation et de recyclage du milieu de culture 2 dans le fermenteur 1 peut aussi être utilisé pour parfaire l'homogénéisation du milieu de culture 2. Ce système comporte une conduite 31 récupérant Le milieu de culture 2 sortant en tête du corps de colonne 3 et débouchant dans la zone d'alimentation 7 du fermenteur 1. Sur cette conduite 31 est montée une pompe 33 permettant de faire circuler Le milieu de culture 2 de haut en bas, à l'extérieur du fermenteur 1 et donc de bas en haut dans Le fermenteur.
Afin de contrôler La formation des mousses lors de La fermentation, un système peut avantageusement être prévu pour introduire, de façon automatique un additif tel qu'un agent tensio-actif dans La partie supérieure du bac d'expansion 9 du fermenteur 1. Ce système comprend une sonde détectrice du niveau de mousse 35 connectée à un réguLateur 36, du type comparateur à seuil, commandant L'ouverture et la fermeture d'une électro-vanne 37 montée sur une conduite 38 d'alimentation en agent tensio-actif du milieu de culture 2.
L'extraction des produits de la fermentation et en particulier des métabolites et des microorganismes est effectuée par débordement par un orifice d'évacuation 39 pratiqué dans le vase d'expansion 9 du fermenteur. Une conduite de sortie 41 permet d'amener le milieu liquide sortant du vase d'expansion dans un séparateur 43 servant à séparer, par exemple par ultrafiltration, les micro-organismes du milieu épuisé en substrat nourricier mais contenant les métaboli- tes produits par les micro-organismes. Les micro-organismes issus du séparateur 43 sont récupérés dans une conduite 45 et le milieu contenant les métabolites dans une conduite 47.
En cas de besoin, les micro-organismes véhiculés dans la conduite 45 peuvent être recyclés dans la zone d'alimentation 7 du fermenteur 1. Par ail- leurs, les métabolites issus de la fermentation peuvent être séparés du milieu épuisé en substrat les contenant en les concentrant par exemple par évaporation ou distillation.
Sur la figure 2, on a représenté une variante de l'installation pour la fermentation aérobie décrite précédemment. L'installation de la figure 2 dif fere de celle de la figure 1 par l'utilisation d'un échangeur de chaleur 127, monté sur la conduite de recyclage 31 du milieu de culture 2, comme élément de chauffage ou refroidissement régulé du milieu de culture 2.
En outre, l'installation pour la fermentation de la figure 2 se distingue de celle de la figure 1 par l'utilisation, comme dispositif pour engendrer des pulsations dans le milieu de culture 2, d'un dispositif pneumatique comportant une vanne d'admission 129 d'un fluide (air par exemple) dont l'ouverture et la fermeture sont commandées de façon impulsionnelle par un circuit électronique 130 de type connu.
Enfin, l'installation représentée sur la figure 2 se distingue encore de celle de la figure 1 par l'utilisation de plateaux 105 pleins Logés dans Le corps de colonne 3. Ces plateaux 105 ont un diamètre inférieur à celui du corps de colonne 3 et sont décales les uns par rapport aux autres pour des chicanes, tout en permettant le passage des différentes phases contenues dans le corps de colonne 3.
On va maintenant décrire le mode de fonctionnement de l'installation selon l'invention pour la fermentation aérobie, schématisée sur les figures 1 et 2. Les flèches représentées sur ces figures indiquent le sens de circulation des différents milieux.
On charge tout d'abord en substrat nourricier éventuellement enrichi en substrat chimique, et en souche de fermentation le corps 3 du fermenteur 1 et en particulier la zone d'alimentation 7 ; le substrat nourricier est non dilué. Ensuite, la pompe 33 est mise en marche afin d'homogénéiser le milieu de culture 2 par mise en circulation de celui-ci. La culture ou croissance des micro-organismes est démarrée en statique en régulant le pH, la demande en oxygène et la température par les boucles correspondanres 15-18, 19-22 et 23-26.
Lorsque la population en micro-organismes du milieu de culture 2 est jugée. suffisamment abondante, la fermentation est mise en dynamique ; le substrat nourricier est introduit par la conduite d'amenee 11 dans la zone d'alimentation 7 du fermenteur, Le débit de ce substrat étant ajusté en fonction d'un taux de dilution déterminé du milieu de culture 2. Le taux de dilution maximum du substrat est lié au temps de génération des micro-organismes.
De même, l'alimentation en agents tensioactifs grâce à la conduite 38 est effectuée.
Le dispositif de pulsations mécanique 29 (figure 1) ou pneumatique 129 (figure 2) est mis en marche. Il permet d'assurer en combinaison ou avec les plateaux 5 ou 105, un contact intime entre L'oxygène introduit dans le fermenteur 1 et le milieu de culture 2 et par conséquent un bon transfert de l'oxygène vers le milieu nourricier.
Le dispositif de pulsations mecanique ou pneumatique permet aussi d'évacuer facilement le surplus d'oxygène et les gaz formés lors de la fermentation, ainsi que d'assurer un bon transfert de chaleur.
Les produits de la fermentation,c'est-à-di- re Les métabolites et les micro-organismes/ sont évacués du fermenteur 1 par L'orifice de sortie 39, puis sont séparés du milieu de culture épuisé par le séparateur 43. l'oxygène non consommé et les gaz produits lors de la fermentation s'échappent par le haut du vase d'expansion 9.
Sur la figure 3, on a représenté une installation selon l'invention permettant la fermentation anaérobie et l'extraction à co-courant des produits de la fermentation.
Cette installation comporte comme precédem- ment un fermenteur 1 comportant un corps de colonne 3 équipé de plateaux pleins ou perforés, une partie inférieure 7 formant la zone d'alimentation et un vase d'expansion 9 surmontant le corps de colonne 3 et servant de zone de désengagement des produits de la fermentation.
L'installation comporte aussi un système d'alimentation 11, 13 régulée du substrat, une boucle 15-18 de régulation du pH du milieu de culture 2, une conduite 19 d'amenée en oxygène, un système 35-38 de contrôle de mousses, et un système 23-27 de régulation de la température dans le fermenteur. Cette installation est pourvue selon L'invention d'un systeme d'agitation pulsé par exemple mécanique 29, ou éventuellement pneumatique permettant une bonne homogénéisation du milieu de culture 2.
Cette installation comporte par ailLeurs, une conduite 49 d'amenée d'un solvant 50 débouchant dans la zone d'alimentation 7 servant à l'extraction des métabolites produits par les micro-organismes à l'intérieur même du fermenteur 1. Ce solvant 50 est constitué d'un liquide non miscible au milieu de culture 2. L'alimentation en solvant 50 est contrôlée à l'aide d'un système de régulation 51 équipant la conduite d' amenée 49.
Dans cette première variante d'installation pour la fermentation anaérobie, la circulation du milieu de culture 2 est assurée par une pompe 133 montée sur une conduite 131 d'amenée du milieu de culture 2 dans la zone d'alimentation 7 du fermenteur 1. Le solvant 50 dispersé dans le milieu de culture 2 est entraîné avec celui-ci dans le fermenteur. L'extraction est dite co-courante, le milieu de culture 2 et le solvant 50 circulant dans le même sens de bas en haut dans le fermenteur 1 et de haut en bas à l'extérieur 2 et le solvant.
Le milieu de culture 2 et le solvant 50 dispersé sont évacués du fermenteur par l'orifice 39 pratiqué dans le bac d'expansion 9 et envoyes par ta conduite 141 vers un bac de décantation 55. Le milieu de culture 2 contenant les micro-organismes est renvoyé dans le fermenteur 1 grâce à la pompe 133 tandis que le solvant 50, contenant les métabolites produits par
Les micro-organismes, est amené dans un séparateur 57 par l'intermédiaire d'une conduite 59. Le séparateur 57 du type dispositif d'évaporation ou de distillation permet de séparer les métabolites du solvant 50. Les métabolites issus de la fermentation sont récupérés à la sortie du séparateur 57 par une conduite 61 tandis que le solvant 50 est recyclé par la conduite d'amenée 49 dudit solvant dans le fermenteur 1.
Le bac de décantation 55 permettant la séparation du milieu de culture 2 du solvant 50 peut être équipé d'une sonde de niveau 62 du milieu de culture 2 connectée à un régulateur de niveau 63 commandant la fermeture ou l'ouverture d'une électro-vanne 64 équipant la conduite 133 d'amenée du milieu de culture 2 dans le fermenteur 1.
Le milieu appauvri en substrat nourricier sortant du bac de décantation 55 ou le surplus de milieu de culture est évacué par une conduite 65.
On va maintenant donner le principe de fonctionnement de l'installation pour la fermentation anaérobie schématisée sur la figure 3. Les flèches representées sur cette figure indiquent le sens de circulation des différents milieux.
Le substrat nourricier non dilué et éventuellement enrichi en substrat chimique, et La souche de fermentation sont tout d'abord chargés dans le corps 3 du fermenteur et en particulier dans la zone d'alimentation 7. La culture est démarrée en statique en régulant le pH et la température du milieu de culture 2 par les boucles correspondantes 15-18 et 23-26 et en fournissant de l'oxygène au milieu. La pompe 133 est mise en fonctionnement et permet une homogénéisation du milieu de culture 2. De même, la boucle de régulation 62-64 du niveau du milieu de culture 2 dans le décanteur 55 est forcée. L'alimentation en agents tensioactifs par la conduite 38 est mise en fonctionnement.
Lorsque La population en micro-organismes du milieu de culture 2 est jugée suffisamment abondante, la fermentation est mise en dynamique. L'ali- mentation en oxygène est alors coupée. L'alimentation en substrat nourricier par la conduite 11 et l'alimentation en solvant 50 par la conduite 40 sont alors réalisées. Les débits du substrat nourricier et du solvant sont liés au temps de génération des microorganismes.
De même, le dispositif de pulsations selon l'invention, mécanique ou pneumatique, est mis en marche. Il assure un mélange intime entre les deux phases, c'est-à-dire entre le solvant 50 et le milieu de culture 2, favorisant ainsi l'extraction des métabolites produits Lors de la fermentation par le solvant, les micro-organismes restant dans le milieu de culture, ainsi qu'une meilleure évacuation des gaz formés lors de la fermentation. Ces gaz sont évacués au sommet du vase d'expansion 9.
Le mélange soLvant 50 et milieu de culture 2 déborde L'orifice d'évacuation 39 du vase d'expansion 9 en direction du bac de décantation 55. Le milieu de culture 2 chargé en micro-organismes est recyclé grâce à la pompe 133 vers le fermenteur 1 afin de maintenir la population en micro-organismes constante. Ce recyclage des micro-organismes permet d'éviter l'addition de souche fraiche après l'ensemencement initial. Le surplus du milieu de culture ainsi que le milieu épuisé en substrat nourricier sont évacués par la conduite 65.
L'extrait issu du décanteur 55, recueilli par La conduite 59 est concentré à l'aide du dispositif 57 et Le solvant 50 débarrassé des produits de La fermentation et en particulier des métabolites est réinjecté dans le fermenteur 1, via La conduite d'amenée 49.
Sur la figure 4, on a représenté une installation pour la fermentation anaérobie avec une extraction à contre-courant des produits de la fermentation.
Cette installation, diffère de celle de la figure 3 principalement par une alimentation en substrat nourricier entre le corps 3 du fermenteur et le bac d'expansion 9. La conduite d'amenée 111 du substrat est équipée d'un système de régulation 113. En outre, le recyclage du milieu de culture 2 chargé en micro-organismes dans le fermenteur 1 est assuré par une conduite 131 équipée d'une pompe 133.
Dans ce mode de réalisation, la circulation du milieu de culture 2 s'effectue à contre-courant de celle du solvant 50, c'est-à-dire de haut en bas dans le fermenteur 1 et de bas en haut hors du fermenteur, comme le montrent les flèches représentées. Par ailleurs, le bac d'expansion 9 joue le rôle de bac de décantation servant à séparer le milieu de culture 2 du solvant 50.
Ce bac de décantat-ion 9 est de préférence équipé d'un détecteur de niveau du milieu de culture 2 comportant une sonde 67 reliée à un régulateur 68 commandant une électro-vanne 69 montée sur une dérivation 70 de la conduite de recyclage 131 du milieu de culture 2. Le surplus du milieu de culture 2 est évacué par cette conduite 70.
En sortie du bac de décantation 9, une conduite 141 amène le solvant 50 chargé uniquement en métabolites vers le dispositif de concentration 57 servant à La séparation de ces métabolites du solvant.
Comme précédemment, le solvant 50 est réinjecté dans la zone d'alimentation 7 du fermenteur.
On va maintenant décrire le mode de fonctionnement de l'installation représenté sur' la figure 4.
Le substrat nourricier, non dilue et éventuellement enrichi, et la souche de fermentation sont chargés tout d'abord dans le corps de colonne 3 du fermenteur et notamment dans la zone d'alimentation 7.
La culture est démarrée en statique en régulant les boucles correspondantes 15-18 et 23-26 de pH et de température du milieu de culture 2 et en fournissant de l'oxygène audit milieu. L'alimentation en agents tensio-actifs par la conduite 38 est réalisée.
Ensuite, on effectue une homogénéisation du milieu de culture 2 par mise en marche de la pompe 133 recyclant le milieu de culture 2 et en forçant la boucle de régulation 67-70 du niveau du milieu de culture 2 dans le bac d'expansion 9 jouant le rôle de décanteur.
Lorsque la population en micro-organismes du milieu de culture 2 est jugée suffisamment abondante, la fermentation est mise en dynamique. L'alimentation en oxygène est coupée. Le substrat nourricier est envoyé par la conduite 111 dans le fermenteur. De même, le solvant 50 est envoyé à contre-courant du substrat dans le fermenteur. Les débits du substrat et du solvant sont fonction du temps de génération des micro-organismes.
Le dispositif de pulsation mécanique ou pneumatique est aussi mis en marche. Il assure un me- lange intime des deux phases (milieu de culture et solvant), favorise L'extraction des métabolites, produits lors de la fermentation, par le solvant 50. La pulsation permet aussi une meilleure évacuation des gaz formés lors de la fermentation, en haut du bac 9.
Le solvant 50 dispersé dans le milieu de culture 2 circule de bas en haut dans le fermenteur, coalesce dans le bac d'expansion ou de décantation 9 et déborde par l'orifice de sortie 39 vers le dispositif de séparation 57 des métabolites du solvant.
Le milieu de culture 2 recueilli en bas du fermenteur 1 est recyclé en haut du corps de celui-ci à l'aide de la pompe 133 afin de maintenir constante et homogène la population des micro-organismes dans le fermenteur. Ce recyclage des micro-organismes supprime l'addition de souche fraiche après l'ensemencement initial. Le surplus du milieu de culture 2 est évacué par la conduite 70.
La description précédente a été donnée à titre explicatif, toute modification sans pour autant sortir du cadre de l'invention peut être envisagée. En particulier, le sens de circulation des différents milieux peut être inversé.
L'installation pour la fermentation aérobie
selon l'invention (figures 1 et 2) a été utilisée pour
la production de biomasse, c'est-å-dire de micro-organismes en traitant du lacto-sérum ou petit lait issu
des laiteries.
La production annuelle française se chiffre en millions de tonnes de ce produit excessivement pol
luant (DBO 60000 ppm) qui peut être aisément valorisé par la fabrication de protéines.
Dans l'exemple ci-après, on a étudié la production de la levure Kluyvéromycés Fragilis dans une installation d'un volume de 80 litres en utilisant un débit du substrat nourricier de 10 à 20 I/h, un pH de 3,5, une température de 30"C, un débit de recyclage du milieu de culture 400 à 500 l/h,une fréquence de pulsation de 30å 100 cp/min. et uneamplitude de pulsation de 1 à 10 cm. La levure produite peut ensuite être utilisée pour fabriquer des protéines.
L'ensemble des conditions opératoires étu dixies et des résultats obtenus sont donnés dans le tableau ci-après.
Dans ce tableau, la deuxième ligne donne la concentration en lactose en g/l du substrat nourricier ou petit tait, celui-ci étant au préalable enrichi par des oligo-éléments et de L'azote mais non dilué ; le taux d'aération VVM correspond au débit d'air, par minute, par raport au volume réactionnel, et donc à l'oxygénation nécessaire à la croissance de la levure;
le temps de renouvellement ou temps de résidence correspond au débit horaire du substrat par rapport au volume réactionnel ; la cinquième ligne donne la quantité de levure obtenue après séchage de celle-ci.
TABLEAU
ESSAI 1 2 3 4
Concentration en lactose g/l 25 40 45 35
Taux d'aération VVM (min 1) 1,8 1,8 1,9 2,0
Temps de renouvellement (h) 3,0 4,0 3,0 2,5
Matière sèche à l'équilibre 11 18,5 17,8 16,1 g/I
Productivité g/l/h 3,60 4,65 5,80 6,30

Claims (18)

REVENDICATIONS
1. Installation pour la fermentation aérobie ou anaérobie en continu comprenant un fermenteur (1) susceptible de contenir une première phase (2), constituée par un milieu de culture ensemencée par des micro-organismes, des moyens d'alimentation en continu de la première phase (2) en agent neutralisant (15j et en substrat nourricier (11, 111), des moyens d'homogénéisation (29, 129, 31, 131) de la première phase (2) et des moyens d'extraction (39, 43, 55, 57) en continu des produits de la fermentation, caractérisée en ce que les moyens d'homogénéisation comportent un dispositif (29, 129) pour engendrer des pulsations dans la première phase (2).
2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fermenteur (1) comporte une colonne (3) garnie intérieurement de plateaux (5, 105).
3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le fermenteur (1) comporte à sa partie supérieure un vase d'expansion < 9) servant au désengagement des produitsde la fermentation.
4. Installation selon L'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des moyens (35-38) pour introduire, à l'extrémité supérieure du fermenteur (1),*un additif pour contrôler les mousses formées lors de la fermentation sont prévus.
5. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens d'homogénéisation comprennent des moyens (31, 33, 131, 133) de mise en circulation et de recyclage de la première phase (2) dans le fermenteur (1).
6. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que des moyens (Z3-27, 1273 pour réguler la tmpérature dans le fermenteur (1) sont prévus.
7. Installation pour la fermentation aérobie selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'une conduite d'amenée (19) en oxygène de la première phase (2) est prévue, l'oxygène constituant une seconde phase servant à la croissance des micro-organismes.
8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'un séparateur (43) est prévu pour séparer les produits de la fermentation de la première phase (2).
9. Installation pour la fermentation anaérobie selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'une conduite d'amenée (49) d'une seconde phase (50) dans le fermenteur (1) est prévue, cette seconde phase (50) servant à l'extraction dans le fermenteur (1) des produits formés par les microorganismes lors de la fermentation.
10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'un dispositif de concentration (57) est prévu pour séparer de la seconde phase (50) les produits formés par les micro-organismes.
11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'une conduite (49 > est prévue pour récupérer la seconde phase (50) sortant du dispositif de concentration (57), cette conduite formant La conduite d'amenée de la seconde phase (50) dans le fermenteur (1).
12. Installation selon L'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisée en ce qu'un bac de décantation (55) est prévu pour séparer la première phase (2) de la seconde phase (50).
13. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que le bac de décantation est cons titué du vase d'expansion (9) du fermenteur (1).
14. Procédé de fermentation anaérobie en continu dans un fermenteur (I) consistant à alimenter en agent neutralisant et en substrat nourricier une première phase (2), constituée par un milieu de culture contenant des micro-organismes, et à extraire les produits de la fermentation, caractérisé en ce que l'on met en contact la première phase (2) avec une seconde phase (50) servant à extraire, dans le fermenteur (1), les métabolites produits par les micro-organismes lors de la fermentation.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'on fait circuler à co-courant la première (2) et la seconde (50) phases.
16. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'on fait circuler à contre-courant la première (2) et la seconde (50) phases.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé en ce que l'on sépare la premiere (2) et la seconde (50) phases par dé décantation.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, caractérisé en ce que L'on sépare les métabolites de la seconde phase (50) par concentration.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0317854A2 (fr) * 1987-11-23 1989-05-31 Hoechst Aktiengesellschaft Procédé d'aération de milieux de fermentation sans production de gaz d'évent
WO2002031102A1 (fr) * 2000-10-06 2002-04-18 Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Bioreacteur pour la culture de micro-organismes et son procede de fabrication
WO2009074806A3 (fr) * 2007-12-11 2009-07-30 Cpi Innovation Services Ltd Processus anaérobie
WO2016012698A1 (fr) * 2014-07-25 2016-01-28 Afyren Procede d'extraction de molecules produites par fermentation anaerobie a partir de biomasse fermentescible
WO2017013335A1 (fr) * 2015-07-23 2017-01-26 Afyren Procédé d'extraction d'acides carboxyliques produits par fermentation anaérobie a partir de biomasse fermentescible

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2053770A (en) * 1933-08-15 1936-09-08 Dreyfus Henry Removal from a fermenting medium of organic compounds produced by the fermentation
US4302545A (en) * 1979-01-19 1981-11-24 Redikultsev Jury V Apparatus for chemical froth suppression in a fermenter
DE3150749A1 (de) * 1981-12-22 1983-06-30 Supraton F.J. Zucker GmbH, 4040 Neuss Verfahren zum aktivieren des stoffwechsels von mikroorganismen bei deren aerober oder anaerober submerszuechtung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2053770A (en) * 1933-08-15 1936-09-08 Dreyfus Henry Removal from a fermenting medium of organic compounds produced by the fermentation
US4302545A (en) * 1979-01-19 1981-11-24 Redikultsev Jury V Apparatus for chemical froth suppression in a fermenter
DE3150749A1 (de) * 1981-12-22 1983-06-30 Supraton F.J. Zucker GmbH, 4040 Neuss Verfahren zum aktivieren des stoffwechsels von mikroorganismen bei deren aerober oder anaerober submerszuechtung

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BIOTECHNOLOGY AND BIOENGINEERING, vol. 20, 1978, pages 1393-1406, John Wiley & Sons, Inc.; M.SERIEYS et al.: "Design and oxygen-transfer potential of a pulsed continuous tubular fermentor" *
REVUE DES FERMENTATIONS ET DES INDUSTRIES ALIMENTAIRES, vol. 35, no. 25, 1980, pages 147-158; K.SCHÜGERL: "Bioreactors" *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0317854A2 (fr) * 1987-11-23 1989-05-31 Hoechst Aktiengesellschaft Procédé d'aération de milieux de fermentation sans production de gaz d'évent
EP0317854A3 (en) * 1987-11-23 1990-05-23 Hoechst Aktiengesellschaft Method for aerating fermentation agents without producing waste gases
WO2002031102A1 (fr) * 2000-10-06 2002-04-18 Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Bioreacteur pour la culture de micro-organismes et son procede de fabrication
US7374928B2 (en) 2000-10-06 2008-05-20 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V Bio-reactor for the cultivation of micro-organisms and method for the production thereof
WO2009074806A3 (fr) * 2007-12-11 2009-07-30 Cpi Innovation Services Ltd Processus anaérobie
WO2016012698A1 (fr) * 2014-07-25 2016-01-28 Afyren Procede d'extraction de molecules produites par fermentation anaerobie a partir de biomasse fermentescible
FR3024044A1 (fr) * 2014-07-25 2016-01-29 Afyren Procede d'extraction de molecules produites par fermentation anaerobie a partir de biomasse fermentescible
WO2017013335A1 (fr) * 2015-07-23 2017-01-26 Afyren Procédé d'extraction d'acides carboxyliques produits par fermentation anaérobie a partir de biomasse fermentescible
CN107835856A (zh) * 2015-07-23 2018-03-23 阿夫依朗公司 用于提取通过从可发酵生物质开始进行厌氧发酵而产生的羧酸的方法

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