Brevet FR2142677A1 — publié le 19730202

L'invention se rapporte au procédé de culture de mioro-organismes aérobies avec utilisation d'hydrocarbures ou d'huiles et de graisses comme source nutritive ae carbone. Pour la culture de ce type, il est nécessaire que les hydrocarbures ou les huiles et graisses soient dispersés de façon homogène dans une cuve de fermentation sous forme;de fines particules. A cet effet, l'agent de nutrition en carbone a été fourni jusqu'à présent à la cuve de fermentation, soit par dispersion de l'agent de nutrition en carbone dans une rartiefidu milieu de culture avec utilisation d'un homogénéiseur, d'un appareil à ultrasons ou d'autres équipements ou directement sous forme de brouillard de pulvérisation, soit sous sa forme naturelle en étant ensuite dispersé par un agitateur qui est installé dans la cuve.Une culture en grande quantité par le premier procédé pose le problème complexe de la structure de l'installation et par suite risque de ne pas être économique car le procédé nécessite une grande puissance de dispersion pour un homogénéiseur ou un appareil à ultrasons, un autre inconvénient du procédé étant que l'agent ae nutrition en carbone homogénéisé peut coaguler dans la cuve.En ce qui concerne le dernier procédé, plus la capacité de la cuve est grande et plus grande est la puissance de dispersion requise pour l'agitateur, car la puissance d' agitateur nécessaire pour la dispersion effectivede l'agent de nutrition en carbone est donnée par la formule suivante s puissance de l'agitateur = D52 dans laquelle D est le diamètre de la pale en rotation, N est le nombre de tours de l'agitateur par minute et L est Plaire de la pale en rotation.De plus, la force de la pale tournante qui convient pour l'homogénéiseur n'est pas toujours la plus adaptée à la dispersion de l'air dans le milieu qui améliore le coefficient d'absorption de l'oxygène de la cuve de telle sorte qu'on ne peut améliorer la dispersion de l'air ou l'homogénéisation de l'agent de nutrition en carbone qu'au préjudice de l'autre résultat. Comme on l'a mentionné ci-dessus, les procédés classiques connus jusqu'à présent n'ont pas conduit à des rémlltats satisfaisants pour la culture dans laquelle on utilise des hydrocarbures, des huiles et des graisses comme source nutritive de carbone et c'est là l'une des raisons importantes pour lesquelles ces procédés de culture n'ont encore jamais été utilisés pour une application industrielle. Selon l'invention, les inconvénients mentionnés ci-dessus sont complètement éliminés par le procédé selon lequel la cuve de fermentation est équipée d'un appareil pour disperser flair à la base de la cuve, d'une chambre pour séparer l'air du milieu liquide en haut et d'un tube de circulation à travers lequel le milieu désaéré dans la chambre de séparation est renvoyé à la cuve et utilisé pour la culture avec utilisation dthydrocarbures et/ou huiles et de graisses comme source nutritive de carbone qui est dispersée de façon homogène dans le milieu par un appareil de dispersion dans le tube de circulation. On décrira ci-après les détails de la présente invention en se référant à titre d'exemple à l'appareil représenté sur la figure unique du dessin annexé. La cuve de fermentation 1 de la présente invention est par exemple la cuve de fermentation aérobie équipée de l'appareil 2 pour disperser l'air (ou l'oxygène) dans le milieu à la base, de la chambre de séparation 3 pour séparer l'air du milieu liquide en haut et du tube de circulation 4 à travers lequel le milieu désaéré dans la dite chambre de séparation est renvoyé dans la cuve à un débit élevé sous l'action de la différence entre les poids spécifiques du milieu désaéré et du milieu à dispersion d'air. On peut utiliser des hydrocarbures tels que da gasoil, de l'huile lourde, du kérosène ou des huiles, graisses ou acides gras liquides comme source nutritive de carbone et on peut utiliser aussi des hydrocarbures solides tels que la cire brute, des paraffines brutes, des graisses ou des acides gras solides. Les agents de nutrition en carbone solides à la température ordinaire doivent évi@emment fondre à la température de-fermentation. De plus, ces sources nutritives de carbone peuvent être utilisées en combinaison avec des sources classiques telles que des mélasses, du glucose ou des matières analogues. D'autres sources nutritives telles que des sources nutritives d'azote, divers types de selfs inorganiques, des ingrédients de croissance et d'autres substances métaboliques essentielles sont les mêmes que dans le procédé classique. Les conditions de culture telles que la température ou le pH du milieu sont les mêmes que celles pour les procédés classiques mais il est préférable pour le présent procédé d'utiliser une quantité d'air à fournir, par exemple 30 x 10-6 moles d'O2 /atm. mm. cm) pour le coefficient d'absorption de o2, qui est plus grande que celle nécessaire pour les procédés classique6. De plus, les dits hydrocarbures ou les huiles et graisses à ajouter au milieu doivent être dispersés de façon homogène dans le milieu de culture. Cependant, on se heurtait aux difficultés exposées ci-dessus quand la dispersion était effectuée dans la cuve. L'inventeur a trouvé qu'on obtient facilement un résultat satisfaisant quand l'opération de dispersion de la source nutritive de carbone dans le milieu n'est pas effectuée dans la cuve où l'air est dispersé mais dans le tube de circulation à travers lequel passe le milieu désaéré. le milieu introduit dans le tube de circulation est dispersé avec la source nutritive de carbone par un appareil de dispersion. Comme le poids spécifique du milieu ainsi dispersé avec la source nutritive de carbone est supérieur à celui du milieu à air dispersé dans la cuve, le milieu dispersé avec la source nutritive de carbone s'écoule rapidement dans la cuve où l'air est dispersé dans le milieu en assurant la recirculation par la cuve, la chambre de séparation, le tube de circulation, la cuve et ainsi de suite. Comme la source nutritive de carbone dans le milieu est dispersée de façon homogène par un agitateur à chaque passage du milieu à travers le tube de circulation, la dimension de la particule de l'agent de nutrition en carbone peut être maintenue à une valeur désirée, par exemple de 30 microns ou dans un cas particulier moins de 10 microns. Un agitateur installé dans le tube de circulation peut être de tout type capable de disperser le milieu en petites particules de la dimension indiquée. Par exemple, l'agitateur à rotor du type BRUMAGIN, équipé de six pales 5, est préférable dans ce but. La chaleur de fermentation pendant la culture peut être évacuée par des chemises de refroidissement 7, 8 qui sont installées dans la cuve ou/et le tube de circulation. On peut aussi utiliser évidemment un autre trpe de dispositif de refroidissement tel qu'un dispositif de refroidissement extérieur auquel le milieu est envoyé et d'où il retourne à la cuve. Le tube de circulation peut être installé à l'intérieur de la cuve. Les micro-organismes multipliés par la culture peuvent; entre retirés du milieu par la sortie 9 prévue dans la chambre de séparation, puis sdparésdJavecle milieu, lavés à l'eau et séchés. Dans le cas d'un fonctionnement continu, la quantité prélevée est évidemment déterminée de façon que le temps de séjour e puisse satisfaire à la relation 8 = i/ hest le facteur de multip1ica- tion) et le milieu avec les agents de nutrition en matières brutes principales sont amenés dans la cuve par les tubes d'amenée 10, li et 12, la quantité de milieu introduite dans la cuve étant la m8me que celle prélevée. La présente invention peut être aussi mise en oeuvre par un procédé sans déversement. les caractéristiques importantes de fonctionnement parmi celles de la présente invention sont les suivantes (1) le diamètre du tube de circulation peut être bien plus petit que celui de la cuve et en est indépendant, c'est-à-dire que, même pour une grande capacité, on peut utiliser un agitateur de petit diamètre à grande vitesse de rotation qui convient pour une dispersion homogène de l'agent de nutrition en carbone. L'agitateur de ce type ne demande que peu de puissance pour une dispersion homogène et la fabrication de la dite cuve devient possible sur une grande échelle. (2) le milieu du système en dispersion gaz-liquide dans la cuve est envoyé à la chambre de séparation et le milieu est ensuite renvoyé à la cuve sous un grand débit grâce à la différence entre les poids spéeifiquesà travers le tube de circulation dans lequel l'agitateur est installé. Par ce moyen, les particules dispersées de l'agent de nutrition en carbone ne se coagulent jamais parce que la dimension des particules peut être maintenue au diamètre désiré pour la culture par suite de la dispersion du milieu, ainsi que de ce qui est ajouté au milieu, au cours de chaque passage à travers le tube de circulation. (3) Comme la dispersion de l'agent de nutrition en carbone et de l'air s'effectue dans des opérations séparées, on peut choisir indépendamment pour chaque opération le meilleur type d'appareil de dispersion et il est ainsi possible d'obtenir un coefficient d'absorption d'oxygène élevé.sans compromettre la dispersion efficace de l'agent de nutrition en carbone dans une cuve de grande capacité. (4) La chaleur de la culture peut être extraite de façon efficace par l'appareil de refroidissement installé soit dans la cuve soit dans le tube de circulation, car le milieu circule à travers le tube de circulation sous un débit élevé. On décrira l'invention plus complètement par les exemples qui suivent qui n'ont cependant aucun caractere limitati@ Exemple .1. On a utilisé pour cet exemple une cuve d'une capacité te 2000 1, conçue pour un fonctionnement continu comme représenté sur la figure. L'agitateur utilisé était du type BRUMAGIN et équmpé de deux pales fixes et de sept pales tournantes régulièrement espacées fonctionnant à une vitesse de rotation de 200 tours par minute. La levure, Candida tropicalis, a été cultivés le façon continu avec barbotage d'air dans le milieu par es nombreux erir@@es d'un tube perforé au débit de 2000 1 par minute avec addition au milieu de cire brute contenant 82 % do paraffines normales de U15 a G32 et d'autres agents nutritifs, la concentration des micro-organismes étant maintenue à 1,5 %. Le diamètre de part dule de la cire dans et milieu étant moindre que 10 microns et le facteur de des miero-organiemee était de 0,24. Exemple 2. On a utilisé une cuve de culture dl type sans déversement et un agitateur du type de turbine, composé de deux pales fixes et de sept pales tournantes régulièrement espacées actionnées a une vitesse de rotation de 1200 tours par minute. Comme source nutritive de carbone, on a ajouté au milieu 3 % en poids d'huile hrune (obtenue par décomposition par l'acide sulfurique du produit e l'opération e purification de l'huile de peisson) ainsi que d'autres agents de nutrition. Avec la même levure de semence ciue dans l'exemple 1, on a inoculé le liquide de culture au milieu à 1,5 % en poids et le ilieu a été cultivé par barbotage d'air dans le milieu sous un débit de 2000 litres par minute pendant 14 heures par le procédé de on déversement. Le diamètre des particules d'huile brune dispersée dans le milieu était moindre que 12 microns et ne fac acteur de ultiplication des micro-organismes pour une culture de 14 heures était 0,23. Exemple 3. En utilisant le même appareil que pour l'exemple 1, on a ultivé le Pseudomonas aeruginosa à la place de levure. Le taux de croissan@@ était de 0,22. R E V E N D I C A T I O N S. 1. procédé de culture aérobie de micro-organismes sur des hydrocarbures et/ou des huiles et graisses comme soures nutritive consistant à effectuer la culture dams une cuve de fermentation équipée d'un appareil pour disperse@ l'air dans le milieu de eulture à la base de ia cuve, d'une chambre de séparation pour séparer l'air du milieu en haut de la cuve et d'un tube de circulation à travers lequel le milieu désaéré dans la dite chambre de séparation est renvcyé à la cuve, les hydrocarbures et/ou les huiles et graisses étant dispersés de façon homogène en fines particules dans le milieu par l'installation d'un aprareil de dispersion dans le dit tube de circulation. 2. Appareil pour la culture aérobie de miero-crganismes selon le procédé de la revendication 1, comprenant une euve de fermentation destinée à contenir le milieu de culture, un dispositif pour y introduire de l'air ou de l'oxygène dispersé à la base de la cuve, une chambre pour la séparation de l'air en haut de la cuve et un tube de circulation descendant de li chambre de séparation d'air pour le retour à la cuve sous un débit rapide du milieu de culture désaéré à travers le tube de @@ reulation dans lequel un agitateur assure la dispersion de l'agent nutritif dans le milieu 3. Appareil selon la revendication 2, comprenant des arrivées des agents de nutrition en haut au tube de ciroulation. 4. Appareil selon la revendication 2 ou la revendication 3. comprenant dans la chambre de séparation une sortie de liquide permettant de recueillir les micro-organismes produits oui sont prélevés avec une fraction du milieu remplacée par un apport correspondant. 5. AppareIl selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 dont la cuve et/ou le tube de circulation sont équipés de chemises de refroidissement.