FR3087449A1 - Procede de preparation de molecules organiques par fermentation anaerobie - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne la préparation de molécules organiques par fermentation anaérobie de biomasse, dans lequel le jus de fermentation est aéré avant l'étape de récupération des molécules organiques.
Description
PROCÉDÉ DE PRÉPARATION DE MOLÉCULES ORGANIQUES PAR FERMENTATION ANAEROBIE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne la préparation de molécules organiques par fermentation anaérobie de biomasse, dans lequel le jus de fermentation est aéré avant l'étape de récupération des molécules organiques.
ETAT DE LA TECHNIQUE On connait différents procédés de préparation de molécules organiques, en particulier d'acides organiques, par fermentation anaérobie d'une biomasse, en particulier par fermentation de mélasse et ou de pulpe, comprenant en particulier les étapes de fermentation anaérobie de mélasse et/ou de pulpe en milieu de fermentation aqueux, de récupération d'un jus de fermentation à partir du moût de fermentation et d'isolation des molécules organiques à partir du jus de fermentation.
Ces procédés et les conditions de mise en oeuvre des différentes étapes sont en particulier décrits dans les demandes de brevet WO 2016/135396, WO 2016/135397, WO 2016/012701, WO 2017/013335, WO 2015/036683, WO 2014/100424 et WO 2010/047815.
L'étape d'isolation des molécules organiques à partir du jus de fermentation est 20 généralement précédée par une concentration du jus de fermentation par évaporation de l'eau.
Or, cette étape d'évaporation peut entrainer une partie des molécules organiques avec l'évaporation de l'eau et une perte en rendement final.
Il est donc intéressant de trouver un procédé robuste et économique qui permette de limiter, voire d'éliminer les pertes en molécules organiques lors de l'évaporation de 25 l'eau pour concentrer le jus de fermentation.
EXPOSE DE L'INVENTION L'invention réside dans une étape simple qui consiste à aérer le jus de fermentation avant sa concentration.
L'invention concerne donc un procédé de préparation de molécules organiques 30 comprenant les étapes a) de fermentation anaérobie d'une biomasse en milieu de fermentation aqueux, b) de récupération d'un jus de fermentation à partir du moût de fermentation et c) de récupération des molécules organiques à partir du jus de fermentation, dans lequel le jus de fermentation est aéré avant l'étape c) de récupération des molécules.
35 Avantageusement, l'étape c) de récupération des molécules organiques comprend une étape cl) de concentration du jus de fermentation qui précède une étape c2) de récupération des molécules organiques à partir du jus de fermentation concentré.
De manière avantageuse et préférée, le procédé de fermentation a pour objet de 2 produire des acides organiques, plus particulièrement des acides organiques volatils, comme les acides acétique, butyrique, propionique, isobutyrique, isovalérique, valérique, caproïque et leurs mélanges.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 5 Les procédés de préparation de molécules organiques par fermentation anaérobie comprennent les étapes a) de fermentation anaérobie d'une biomasse en milieu de fermentation aqueux, b) de récupération d'un jus de fermentation à partir du moût de fermentation et de récupération des molécules organiques à partir du jus de fermentation, dans lequel le jus de fermentation est aéré avant l'étape c) de récupération des 10 molécules.
L'invention concerne une amélioration de ces procédés de fermentation anaérobie qui consiste à aérer le jus de fermentation avant la récupération de ces molécules organiques.
Les molécules organiques produites dans ces procédés de fermentation anaérobie 15 sont en particulier des alcools, des acides organiques, et notamment des acides organiques volatils, des dérivés de ces acides organiques comme des polyhydroxyalkanoates ou des esters, ou encore des acides aminés.
De manière avantageuse et préférée, le procédé de fermentation a pour objet de produire des acides organiques, plus particulièrement des acides organiques volatils, 20 comme les acides acétique, butyrique, propionique, isobutyrique, isovalérique, valérique, caproïque et leurs mélanges.
La biomasse comprend selon l'invention toute biomasse susceptible d'être mise à fermentée en mode anaérobie, comprenant les nutriments nécessaires à la croissance des microorganismes anaérobies et la production des molécules organiques choisies.
Les 25 différentes biomasses exploitables sont bien connues de l'homme du métier selon les procédés de fermentation anaérobie mis en oeuvre.
Ces biomasses fermentescibles sont par exemple des coproduits issus de l'agriculture ou de l'industrie agro-alimentaire à l'instar des issues de céréales, des écarts de tri de pomme de terre, des déchets d'abattoirs, des drêches de brasseries, des vinasses ou des effluents d'élevage.
Tous les 30 substrats méthanisables sont également des exemples de biomasses fermentescibles.
Les substrats classiques de fermentation utilisés en biotechnologie ou en agro-alimentaire comme les sucres type saccharose, glucose, fructose ou les alcools type glycérol sont aussi des exemples de biomasse fermentescible.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, la biomasse est de la 35 mélasse et/ou de la pulpe de betterave.
Selon un mode plus préféré de réalisation de l'invention le procédé de fermentation anaérobie est mis en oeuvre avec de la mélasse et/ou de la pulpe comme source de carbone, pour la préparation d'acides organiques, en particuliers d'acides organiques 3 volatils tels qu'identifiés plus haut.
L'invention consiste à aérer le jus de fermentation avant la récupération des molécules organiques et l'homme du métier saura déterminer les moyens et conditions d'aération du jus de fermentation les plus appropriées selon le volume de jus à traiter et 5 les molécules organiques à récupérer.
En particulier, l'aération peut être réalisée par introduction d'air ou bullage d'air au travers du jus de fermentation, ou encore par simple brassage du jus de fermentation au contact de l'air par tout moyen approprié comme des pompes de recirculation, des spargers, des mélangeurs à effet venturi etc.
10 De manière préférentielle, l'aération est obtenue par brassage du jus de fermentation.
Sans vouloir limiter l'invention ni se lier à une quelconque théorie, il peut être compris que le jus de fermentation provenant d'une étape de fermentation anaérobie comprend de fortes quantités de dioxyde de carbone dissout.
Il est possible que 15 l'aération, en éliminant le dioxyde de carbone dissout dans le jus de fermentation permette d'en augmenter le pH.
Il a été effectivement constaté que l'aération du jus de fermentation permettait de faire remonter son pH et que plus le pH du jus était acide, plus les molécules organiques étaient entrainées avec l'évaporation de l'eau, par exemple en cas de récupération avec 20 évaporation de l'eau, comme dans une étape de concentration.
De manière avantageuse, l'aération est maintenue jusqu'à obtenir un jus de fermentation de pH d'au moins 7, de préférence d'au moins 8.
Généralement, l'aération est maintenue au moins 15 minutes, pouvant aller jusqu'à 30', voire plus.
Le temps d'aération dépendra essentiellement du pH du jus de 25 fermentation récupéré en fin de fermentation, l'homme du métier sachant déterminer le temps d'aération en fonction de ce pH, mais aussi des molécules organiques à récupérer et des méthodes de récupération desdites molécules organiques.
Cette augmentation de pH est particulièrement adaptée lorsque les molécules organiques sont des acides organiques, plus particulièrement des acides organiques 30 volatils comme les acides acétique, butyrique, propionique, isobutyrique, isovalérique, valérique, caproïque et leurs mélanges.
Les procédés et les conditions de mise en oeuvre des différentes étapes sont en particulier décrits dans les demandes de brevet WO 2016/135396, WO 2016/135397, WO 2016/012701, WO 2017/013335, WO 2015/036683, WO 2014/100424 et WO 35 2010/047815.
L'étape a) de fermentation va généralement être mise en oeuvre en mode mésophile et anaérobie dans un fermenteur agité.
Le mode de culture peut être continu ou discontinu.
4 La biomasse, en particulier la mélasse ou la pulpe employée pour la fermentation sont de préférence des résidus de l'industrie sucrière, en particulier de transformation de la canne à sucre ou de la betterave à sucre, de préférence de la pulpe de betterave à sucre ou de la mélasse de betterave à sucre.
5 La mélasse et la pulpe peuvent être employées ensemble dans le même fermenteur, en toutes proportions, ou séparément dans des fermenteurs différents.
De manière préférentielle, pulpe et/ou mélasses sont les seules sources de carbone pour la fermentation anaérobie.
La fermentation anaérobie est généralement mise en oeuvre avec des 10 microorganismes seuls ou en mélanges.
Il peut s'agir de lignées et mélanges de microorganismes ensemencés dans la biomasse pour le début de fermentation.
Il peut également s'agir de la flore autochtone de la biomasse qui se développe dans les conditions de culture anaérobie.
Le milieu aqueux est de l'eau.
Selon un mode particulier de réalisation de 15 l'invention, le milieu aqueux de fermentation consiste en de l'eau et de la vinasse mélangées en toutes proportions.
Le milieu aqueux de fermentation peut être complémenter avec des vitamines, de l'extrait de levure out tout autre adjuvants permettant une optimisation des performances de fermentation.
Pour l'étape b), la récupération se fait en fin de fermentation selon des techniques 20 usuelles de filtration pour éliminer les potentiels résidus solides présents dans le moût de fermentation par exemple par centrifugation, décantation centrifuge, etc.
L'étape c) de récupération des molécules organiques se fait généralement par extraction, précipitation et ou distillation.
De manière avantageuse, cette l'étape c) de récupération des molécules organiques 25 comprend une étape cl) de concentration du jus de fermentation qui précède une étape c2) de récupération des molécules organiques à partir du jus de fermentation concentré.
L'étape cl) de concentration est mise en oeuvre selon les méthodes usuelles d'évaporation, connues de l'homme du métier.
L'étape c2) de récupération des molécules organiques est avantageusement mise 30 en oeuvre sur le jus de fermentation concentré après élimination d'au moins une partie de l'eau, et le cas échéant avec l'ajout d'un solvant organique pour favoriser la partition des différentes molécules.
On citera notamment les méthodes d'extraction décrites dans les demandes WO 2015/036683, WO 2014/100424.
L'homme du métier connaît et saura choisir les moyens les mieux adaptés aux molécules organiques à isoler, cette étape 35 n'étant pas limitante au regard de l'invention qui concerne d'abord l'étape cl) de concentration.
Selon un mode particulier de réalisation, l'étape c2) d'isolation des molécules organiques est précédée d'une étape d'acidification par ajout d'un acide fort, en particulier 5 d'acide sulfurique, jusqu'à un pH inférieur à 5, pouvant aller jusqu'à 3 ou moins.
Cet ajout d'un acide fort est particulièrement approprié avant d'isoler les acides organiques, et plus particulièrement les acides organiques volatils.
Le jus de fermentation peut provenir d'un seul moût de fermentation ou d'un 5 mélange de plusieurs jus de fermentation provenant de plusieurs moûts de fermentation, le cas échéant après concentration.
Dans ce cas, chaque moût de fermentation peut provenir indépendamment de la fermentation de pulpe ou de mélasse ou d'un mélange de pulpe et de mélasse.
EXEMPLES 10 Dans des fermenteurs industriels on procède à la fermentation anaérobie de coproduits organiques dérivés des sucreries tels que des mélasses de betteraves à sucre.
Le pH des moûts de fermentation est régulé avec de la potasse.
Les résultats des expérimentations d'aération pour remontée du pH sont présentés dans les tableaux ci-dessous.
En fin de fermentation on récupère le jus de fermentation et on l'aère via une 15 pompe de recirculation.
On mesure le pH du jus après un premier temps d'aération de 1 ou 2 minutes, puis en fin d'aération.
Le Tableau 1 ci-dessous rapporte la synthèse des résultats de remontées de pH par aération à différents temps à partir de divers jus issus de fermentation anaérobies de coproduits-agro-industriels type mélasse.
Tableau 1 Exp pH initial Temps d'aération 1 pH n°1 Temps d'aération 2 pH final n°1 6,76 1 min 7,06 15 min 8,38 n°2 6,53 2 min 7,07 15 min 8,31 n°3 6,20 2 min 6,45 30 min 7,25 n°4 6,62 1 min 7,00 15 min 8 30 , , 7 00 A la suite de diverses fermentations anaérobies sur des coproduits agro-industriels on procède à l'évaporation des jus de fermentation avec au préalable ou non une étape d'aération par brassage à l'aide d'une pompe de recirculation.
On mesure les quantités d'acides gras volatils (AGV) dans le condensat d'évaporation.
Les résultats des diverses expériences sont regroupés dans le Tableau 2 ci-dessous.
Tableau 2 Exp pH [AGV] g/L condensats Aération avant évaporation n°1 4,99 7,67 NON n°2 5,85 3,09 NON n°3 6,08 0,86 NON n°4 6,10 , NON 0,76 n°5 7,94 0,14 OUI n°6 7,87 0,27 OUI n°7 8,30 0,28 OUI n°8 8,46 , OUI 0,32 6 Ces résultats montrent que l'étape d'aération permet de limiter les acides gras entrainés avec l'eau lors de la concentration du jus de fermentation et donc de diminuer les pertes d'acides gras susceptibles d'êtres récupérés à partir du jus concentré.
5 REFERENCES WO 2017/013335 WO 2016/135396 WO 2016/135397 WO 2016/012701 10 WO 2015/036683 WO 2014/100424 WO 2010/047815
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Procédé de préparation de molécules organiques comprenant les étapes a) de fermentation anaérobie d'une biomasse en milieu de fermentation aqueux, b) de récupération d'un jus de fermentation à partir du moût de fermentation et de récupération des molécules organiques à partir du jus de fermentation, dans lequel le jus de fermentation est aéré avant l'étape c) de récupération des molécules organiques.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le jus de fermentation est aéré par introduction d'air au travers du jus de fermentation.
- 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le jus de fermentation est aéré par brassage au contact de l'air.
- 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'aération est maintenue jusqu'à obtenir un jus de fermentation de pH d'au moins 7.
- 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'aération est maintenue jusqu'à obtenir un jus de fermentation de pH d'au moins 8.
- 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les molécules organiques sont choisies parmi les acides organiques et les dérivés d'acides organiques.
- 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les molécules organiques sont choisies parmi les acides organiques volatils.
- 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les acides organiques volatils sont choisis parmi les acides acétique, butyrique, propionique, isobutyrique, isovalérique, valérique, caproïque et leurs mélanges.
- 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la biomasse est de la mélasse et/ou de la pulpe.
- 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'étape c) de récupération des molécules organiques comprend une étape cl) de concentration du jus de fermentation qui précède une étape c2) de récupération des molécules organiques à partir du jus de fermentation concentré.
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