Brevet FR2273868A1 — publié le 19760102

La présente invention a pour objet le traitement des produits de fermentation provenant de la fabrication microbienne des protéines, et elle couvre aussi la réu tilisation des produits tels que l'air et l'alcool qui ont servi au traitement. Les pretéines ont été récemment obtenues de plus en plus par voie de fermentation. Il s'agit de bactéries, de levures ou de champignons dont la teneur élevée en pro téines convient à 11 alimentation animale et humaine. On désigne de telles protéines sous l'appellation anglaise "single celui proteinsn Au "S.C.P.", c'est-à-dire, protéines unicellulaire s. Alors qu'auparavant, on a utilises avant tout des hydrates de carbone comme sources de carbone, en vue de la fermentation, il s'agit de plus en plus actuelle ment de paraffines, d'alcool éthylique ou méthylique et d'autres produits analogues. On a constaté que les alcools éthylique et méthy lique conviennent particulièrement à la culture de tels microorganismes. A cet effet, on a dilué de ces alcools avec de liteau, et on a ajouté lentement et en quantités mesurées la solution à la fermentation. Une concentration trop forte d'alcool empêche la développement des cellules. Après la fermentation, il faut séparer la masse biologique et la sécher. L'épaississement, c'est-à-dire, la séparation, est obtenue dans des séparateurs à grande vitesse de rotation, ou bien, éventuellement, dans des installations de filtrage. Suivant la nature des microorgants- mes utilisés, la concentration peut varier entre 20 et 50 g. de matières sèches par litre. Or, les séparateurs peuvent enrichir cette concentration jusqutà 1 60 à 200 g. par litre, tandis que la phase aqueuse et amenée directement dans un canal de dérivation, ou bien, est ramenée partiel lement dans le fermentateur. La masse biologique à 16 a' 20 ss qui présente à ce moment une consistance crémeuse est alors épaissie, c'est à dire, amenée à l'état de masse sèche par des appareils de séchage. Ce séchage, au cours duquel on doit évaporer 5 à 7 kg d'eau pour chaque kg de maières sèchesest onéreux en ce sens qu'il faut établir de grosses installations et utiliser de 1,5 à 2,5 Kg de vapeur pour chaque Kg d'eau évaporée suivant le type de séchage utilisé (séchage sur tambour, séchage par pulvérisation). Ce séchage alourdit les frais d'obtention du produit final, d'une part en raison d'un amortissement important, et d'autre part, en raison des grosses dépenses en vapeur au cours du fonctionnement. L'objet de l'invention est un procédé éconiimisant 11 énergie et assurant le traitement des protéines obtenues par fermentation à partir d'alcools, et plus particulièrement d'alcool éthylique ou méthylique. Un autre objet de l'invention est un procédé permettant une utilisation aussi complète que possible de l'air de séchage sortant du séchoir et contenant de ltoxygène et de l'alcool le problème ainsi posé est résolu par un procédé de traitement des protéines obtenues par fermentation à partir d'alcools, principalement d'alcool éthylique ou méthylique et que l'on soumet ensuite à un séchage, la caractéristique de ce nouveau procédé consistant en ce que l'alcool destiné à la fermentation est d'abord utilisé pour débarrasser partiellement de son eau, la masse biologique séparée à la sortie des fermentateurs et concentrée et cela par lavage par l'alcool ou échange avec l'alcool, après quoi, la totalité de l'eau contenant de l'alcool et les condensats sont ramenés dans le fermentateur. Au cours des fermentations exécutées antérieurement, seuls l'alcool éthylique et l'alcool méthylique servaient de sources de carbone, Or, on a constaté que la masse bio logique,concentrée par exemple dans des séparateurs, peut être rincée par l'alcool utilisé pour la fermentation. L'eau présente dans a masse biologique est ainsi extraite par l'alcool; autrement dit, il y a échange entre l'alcool et l'eau. Etant donné que l'on doit de toute manière diluer l'alcool jusqu'à 10 à 20 ss avec de l'eau avant la fermentation, ce rinçage à l'alcool de la masse biologique est possible sans que cela implique de frais supplémentaires.Il n'est ainsi pas nécessaire de distiller l'alcool et, au contraire, on l'amène à la concentration désirée, par incorporation d'eau avant de l'utiliser pour la fermentation. Les vitamines et autres adjuvants de croissance, tels que les acides aminés libres qui pénètrent dans l'alcool à la suite de ce rinçage sont avantageux pour le processus de fermentation. On peut alors continuer beaucoup plus facilement le traitement de la masse biochimique alcoolisée dans des séparateurs et même dansdes filtres. La masse se présente alors sous une forme grumeleuse qui se laisse facilement filtrer, tandis que l'alcool excédentaire peut être évaporé avec une petite quantit dO vapeur surchauffée et ensuite condensé avant d'être également ramené dans le processus de fermentation. On a également constaté qu'avec le procédé décrit, il est possible de ramener non seulement le liquide conte- nant de l'alcool dais le fermentateur, mais encore d'y ramener l'air de séchage provenant des séchoirs. Il est évident que cet air de séchage contient, en plus de lreau résiduaire provenant de la masse biologique concentrée, de l'alcool résiduel provenant de la dilution ou du rinçage. Suivant le type d'appareil de séchage utilisé (séchoir à pulvérisateur, séchoir à lit fluide, séchoir à tambour, etc), la masse d'air nécessaire pour le séchage de 1 Kg de masse biologique peut être différente De même, dans les appareils de séchage à assez forte consommation d'air, la quantité d'air de séchage est à peu près égale à celle nécessaire à la fermentation. le procédé présente de plus l'avantage consistant en ce que non seulement l'alcool résiduaire est repris dans l'air et est par suite récupéré pour la fermentation, mais que, de plus, le rinçage de l'air provoque l'absorption dans le fermentateur de certains produits qui ont pu salir l'air ai cours du séchage. lorsqu'il s'agit du séchage dans-des appareils qui travaillent sous pression atmosphérique ou scies une faible surBresaton, l'air sortant de, l'appareil de séchage est aspiré et est comprimé pour autre réintroduit dans le fermentateur. le refroidissement de l'air peut être ef fectué avec 11 eau de refoidissement de l'installation de fermentation avant son introd'ubtion dans le fermentateur. On ramène également dans le fermentateur le liquide (eau -alcool) pouvant apparaitre éventuellement au cours de la compression. Il faut encore remarquer que l'on supprime les pertes habituelles en poussière dans les installations de séchages étant donné que l'air dégagé dans le fermentateur se trouve rincé dans le cas du procédé préconisé. L'ensemble du procédé forme ainsi un système clos sur luSmême avec un recyclage total de l'air et in liquide. Bien entendu, il est également possible d'appliquer ce recyclage de l'air aux installations de fermentation utilisant non plus un alcool, mais d'autres substr5-ts. Ceci est le cas surtout là où l'on apprécie un rinçage de l'air provenant des installations de séchage, qu'il s'agisse des inconvénients des odeurs dans le séchoir ou bien, de la récupération des poussières de séchage. On va mieux faire comprendre l'invention au moyen de deux exemple 8 Exemple 1 (fig. i) La masse biologique contenue dans le fermentateur 1 est séparée du liquide dans le séparateur 2 Le liquide éliminé est évacué par la canalisation 3. La masse biologique pénètre alors dans le mélangeur 4 et est mélangée et traitée.avec-de alcool méthylique ou éthylique provenant de la canalisation 5. Un dispositif 6, que ce soit un séparateur ou un filtre séparé de la masse biologique le mélange d1eau et dLcool qui retourne par la canalisation 7 au fermentateur 1.La masse biologique maintenant granuleuse est introduite par la canalisation 8 dans le dispositif 9 pour y être débarrassée de son alcool résiduaire que l'on condense et que llon ramène également au fermentateur en le faisant passer par la canalisation 10. On peut, par exemple, introduire de la vapeur d'eau dans le dispositif 9 par l'intermédiaire de la canalisation 11. le produit sec est retiré en 12. Le processus de rinçage par l'alcool éthylique ou méthylique présente serre l'avantage consistant en ce que l'on peut régler le pH à sa valeur la plus favorable par la coagulation de la masse biologique aqueuse et collante. Le rinçage de la masse biologique aqueuse par l'alcool méthylique ou éthylique peut être effectué suivant le procédé à contre-courant dans des appareils,jae telle sorte qpgil ne reste plus que des traces d'eau dans la masse biolo # appropriés gique. L2eau des cellules passe aussi par osmose dans'al- cool, de telle sorte qui ne reste pratiquement plus d'eau à évaporer au moment du séchage. Exemple 2 (fig. 2) -On va maintenant décrire en se référant à la fig. 2 une variante du procédé. il s'agit ici dtune fermentation par levures utilisant comme source de carbone de l'alcool méthylique. Dans un fermentateur 1 d'un volume utile de 100 m3 comportant ou non un agitateur 13, on traite avec de l'alcool méthylique une masse biologique en vue d'un débit de 4 Kg de matières sèches dans cette masse par heure et par m3. Ceei correspond à 400 Kgs de levure sèche par heure et nécessite une quantité dialcool méthylique 2,5 fois supé- rieur. comme source de carbone, c'est-à-dire, 700 Kg par heure. Les sels sont ajoutés par doses provenant du récipient 14.Dans le séparateur 2 s'effectue d'une manière continue le retrait de la levure accumulée dans liteau formant le substrat et on la concentre poler former une masse biologique à 20 %. Dans le récipient 4 recevant la masse biologique, on introduit l'alcool méthylique provenant du réservoir 5' en passant par la canalisation 5' fi raison de 2,5Kg d'alcool méthylique pour chaque Kg de matières sèches. La composition du produit dans le récipient recevant la masse biologique est donc la suivante; 1 Kg de levure calculé sous forme de matières sèches 4 Kg d'eau 2,5 Eg d'alcool méthylique le filtre 6 assure ensuite une concentration suffisante pour amener la teneur en levure à 30-40 *, ce qui est facile, du fait qu'on peut filtrer facilement avec cette addition d'alcool méthylique. La composition après filtration est approilmative- ment la suivante 1 Kg d'eau 0,8 Kg d'alcool méthylique 1 Kg de levure Cette masse est autolysée sous température plus élevée et elle est liquéfiée avant de pénétrer dans le séchoir 16. Etant donné que la production correspond à 400 Kg de levure, il faut donc évaporer par heure 1,2 x 400 = 480 Kg d'eau et 0,8 x 400 = 120 Kg d'alcool méthylique Etant donné que la chaleur de vaporisation de l'alcool méthylique est égale environ au quart de celle de liteau, cela correspond, calculé sur de l'eau, à l'évaporation de 540 Kg d'eau. Si l'on doit faire le calcul avec un séchoir à pulvérisation, susceptible de vaporiser 540 Kg d'eau par heure, le séchoir doit permettre un débit d'air d'environ 400 à 450 m9 par minute ou bien, à une température plus élevée, de 300 à 350 m3 par minute. Etant donné que pour un débit de 4 Kg par m3 et par heure d'alcool méthylique-, il faut compter 3 volumes par minute d'air dans le fermentateur, ceci correspond pour un fermentateur de 100 m3 à un débit de 300 m3 par minute, cJest-à-dire exactement la quantité nécessaire pour un bon séchoir à gaz. Au lieu du séchoir à pulvérisation 16 utilisé dans cet exemple, on peut aussi bien utiliser des séchoirs nécessitant moins d'air. On peut ainsi utiliser des séchoirs à eylindres où le séchage se fait par application directé de chaleur. Les vapeurs chaudes y sont aspirées avec moins d'air avant de pénétrer dans le fermentateur. L'aspiration d'air à partir du séchoir 16 peut s'effectuer directement en passant par le compresseur 17 qui refoule l'air vers le fermentateur. Le condensat qui peut apparaitRe est recueilli en 18 et est refoulé par une pompe dans le fermentateur. L'air provenant du séchoir 16 est refroidi par l'eau de refroidissement du fermentateur L'économie en énergie de séchage se monte à environ 70 à 80 fo. Le produit ainsi obtenu mouillé par l'alcool méthy liquezne se laisse pas seulement facilement exprimer, mais il peut aussi être débarrassé par la vapeur d'eau qui élimine tout l'alcool résiduaire. RE VEN I > I C À I ION S 1. Procédé de traitement des protéines obtenues par fermentation à partir d'alcools, principalement d'alcool méthylique ou éthylique et soumises ensuite au séchage , ce procédé étant caractérisé par le fait que l'alcool utilisé pour la fermentation est d'abord utilisé pour retirer l'eau de la masse biologique concentrée retirée des fermentateurs et cela par échange ou rinçage avec l'alcool, après quoi, toute l'eau contenant de l'alcool et les condensats sont réintroduits dans le fermentateur. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que alcool servant de source de carbone pour la fermentation est utilisé pour le rinçage de- la masse biologique. 3. Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'échange entre 11 eau et l'alcool se fait par séparation au moyen d'appareils centrifuges. 4. Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'échange entre l'eau et l'alcool se fait par sédimentation à contre-courant. 5. Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que échange entre l'eau et l'alcool se fait par un brassage suivi d'une filtration. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé parle fart qu'après l'é- change entre l'eau et l'alcool, la masse biologique contenant de l'alcool est comprimée pour être débarrassée de la plus grande partie de son alcool. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la masse biologique contenant de l'alcool est débarrassée, après l'échange de son alcool résiduaire par de la vapeur d'eau. 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5,. caractérisé par le fait que la masse biologique contenant de l'alcool est débarasssée de son alcool par chauffage. 9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'alcool lamine a la masse biologique est ramené au processus de fermentation. 10. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'échange entre-l'eau et l'alcool s'effectue à une température élevée. 11. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la vaporisation résiduelle de l'alcool se fait dans le vide en utilisant les chaleurs perdues de la fermentation. 12. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on dissout la masse biologique dans de la lessive; après quoi, on la précipite par un acide, on la filtre ou on la décante, on la lave avec de l'alcool et finalement on la sèche. 13. Procédé suivant la revendication 1 ou la revendication 12, caractérisé par le fait que l'air traversant le séchoir est ramené au fermentateur par l'intermédiaire d'un compresseur. 14. Procédé suivant les revendications 1, 120u 13, caractérisé par le fait que le refroidissement de l'air du séchoir est assuré par l'eau de refroidissement de l'installa- tion de fermentation. 15 Procédé suivant les revendications 1, 13 ou 14 caractérisé par le fait que lton utilise comme séchoir un séchoir à air chaud. 16. Procddé suivant les revendieations 1, 13 ou 14, caractérisé par le fait que l'on utilise comme séchoir un séchoir direct avec aspiration-des vapeurs chaudes. 17. . Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 12 à 16, caractérisé par le fait que le liquide qui se sépare de l'air comprimé provenant du séchoir est également ramené au fermentateur. 18. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 12 à 17, caractérisé par le fait que tous les condensats sortant du séchoir sont ramenés au fermentateur.