Brevet FR2331616A1 — publié le 19770610

La présente invention concerne la fabrication du vinaigre, résultant de la transformation de l'éthanol en acide acétique par voie microbiologique. En deux siècles-, la production de vinaigre a subi trois révolutions technologiques dans ses procédées de fabrication. La méthode actuelle dite moderne consiste en une fermentation en culture immergée, avec forte aération par ltair Les alcools, d'origine végétale ou animale, tels vin, alcool de betterave, bière, lait fermenté, etc... sont transformés par fermentation acétique en présence d'agents biologiques micro-organismes du genre Acetobacter appartenant au groupe des Mesoxydans, selon la réaction C2H5OH + 2 ~ > CH3COOH + H20, en vinaigres de vin, d'alcool, de cidre, de malt, de lait, etc... En 1950, HROMATKA a constaté qu'au cours de la préparation du vinaigre en culture immergée, la consommation pouvait atteindre 7,75 litres par gramme de poids sec de bactérie et par heure. Actuellement, l'apport d'oxygène nécessaire z la bactérie est réalisé par insufflation d'air pendant la fermentation. En général, la fermentation acétique est conduite surtout en semi-continu et parfois en continu. La fabrication du vinaigre comprend de nombreuses étapes. On procède tout d'abord b la préparation de la solution alcoolique avec addition éventuelle d'éléments nutritifs (sels...) et dilution à un degré alcoolique donné. Ladite solution, après transfert dans un acétateur, est soumise au cycle de fermentation, le jus de fermentation est soutiré, puis le vinaigre est clarifié, filtré, pasteurisé et mis en bouteille. La durée d'un cycle de fermentation étant au minimum d'environ une quaantaine d'heures, on comprendra que l'industrie du vinaigre soit très sensibilisée à la notion de temps de 'fabrication et que l'on recherche des moyens pour accroitre la vitesse normale d'acidification, et en conséquence la prodiction. Dans le cas d'une fabrication å l'air du vinaigre d'alcool, l'acidité évolue selon une droite dont la pente est constante pendant toute la fermentation å une vitesse moyenne par exemple d'environ 0,15 dO d'acide/heure (1 dO acide = 1 % du poids en acide acétique). Il a été trouvé un nouveau procédé qui permet une fer mentation activée avec une augmentation d'au moins 50 % de la vitesse normale d'acidification et pouvant atteindre 70 7 et plus. On obtient aisément, dans les conditions de l'exemple ci dessus, une vitesse moyenne de fermentation d'au moins 0,25 dO d'acide/heure pendant la plus grande partie du cycle de fermen tation. La durée du cycle de fermentation est réduite dans un rapport d'environ 0,6 et la production augmentée dans la même proportion, avec une diminution des quantités d'énergie utilisées pour l'aération et l'action anti-mousse. Le procédé selon l'invention présente des avantages & ca ractère technique, & savoir une souplesse de la production, une réorganisation possible de cette production, entre plusieurs unités, sans investissements, une capacité de production doublée avec la même main-dceuvre et une sureté absolue du déroulement du procédé. Il présente également des avantages - caractère économique, & savoir un accroissement de la production sans investissement, une politique d'achat et de vente modifiée du fait que l'outil de production est 'activé" et une réduction possible des stocks de vinaigre. Selon l'invention, la phase de trasformation de l'méthanol en acide acétique par voie microbiologique est conduite en pré sence d'une atmosphère suroxygénée contenant au moins 21 7 et jusqu'd environ 40 % d'oxygène introduite dans le milieu de fer mentation en maintenant la teneur en oxygène dissous dans le milieu à une valeur au moins égale x 2,5 p.p.m. Cette teneur est de préférence comprise entre 2,5 et 6,5 p.p.m. et en particulier entre 3,5 et 5 p.p.m. Dès l'introduction d'oxygène, même en faible quantité, on constate une évolution favorable de la vitesse de fermentation. Au cours de la fermentation, le débit total de l'atmosphère suroxygénée est constant. Dans les fabricationsen semi-continu, on a constaté que le moment d'introduction de l'atmosphère suroxygénée a une très grande importance sur l'évolution de la vitesse moyenne de fermentation. Afin d'obtenir un effet satisfaisant, on introduit l'atmosphère suroxygénée dans le milieu de fermentation cidcelui ci atteint une acidité comprise entre 7,5 et 9 eS (poids/volume) (7,5 a 9 g/100 ml). D'autre part, on a découvert qu'une insufflation progres sive d'oxygène permettait de diminuer les quantités d'oxygène nécessaires å la fermentation. On introduit progressivement des quantités croissantes d'oxygène dans les proportions choisies selon l'invention, tout en maintenant dans le milieu de fer mentation la teneur en oxygène dissous comprise entre 2,5 et 6,5 ppm, et de préférence 3,5 & 5 ppm. Dans le cas d'une fabrication en continu, l'insufflation de l'atmosphère suroxygénée est permanente & une acidité du milieu de fermentation comprise entre 4,5 et 9 eX: (poids/volume) (4,5 a 9g/l00 ml). Dans ce cas, l'atmosphère suroxygénée est introduite a concentration constante en oxygène choisie dans les proportions précédemment décrites. L1 est donné ci-après des exemples qui illustrent l'inven tion a titre non limitatif et montre l'intérêt du procédé par rapport b la fermentation acétique de L'air. Exemple 1. Phase de fermentation semi-continue dans le processus normal d'une fabrication & l'air du vinaigre d'alcool. Dans un acétateur "Frings" du type inox 150, contenant 30 hl d'une fermentation précédente, on introduit 26 hl d'une solution alcoolique (éthanol) préalablement diluée et contenant des éléments nutritifs (sels). La teneur en alcool plus la teneur en acide des 56 hl est égale & un degré total de 13. On a environ 7,3 å 7,5 dO acide (1 dO acide = 1 7 du poids en acide acétique) et (13 - 7,5) environ 5,5 dO alcool (1 dO alcool = 1 X du volume en éthanol) transformer (1 mole éthanol = 1 mole d'acide acétique3 au cours de la fermentation. Pendant toute la fermentation, la température est régulée & 28-300 C et l'aération est fixée a 28 m3/h d'air. On soutire 26 hl quand l'acidité atteint 12,6 dO, 30 hl sont laissés dans 1'acétateur pour la fermentation suivante. La quantité d'acide produite par 24 heures est de 36 g/l et pour 56 hl, soit 201,6 kg d'acide acétique. La quantité d'air insufflée est en moyenne 6'2 m3 d'air. La durée d'un cycle total est d'environ 40 heures. L'acide évolue selon une droite dont La pente est cons tante pendant toute la fermentation : la vitesse est d'environ 0,15 dO a l'heure. La courbe d'acidité a été suivie à partir d' une acidité égale 9 8,8 et non à partir d'environ 7,3. Cette acidité de 7,3 correspond au début d'un nouveau cycle de fermen tation et l'allure de la courbe ne se trouve pas modifiée. L'évolution de cette acidité est représentée sur la courbe 1 de la figure 1 du dessin annexé. On porte en abscisses les heures, et en ordonnées l'acidité en g/100 ml. La teneur en oxygène dissous évolue entre 2 et 2,3 p. p.m/l avec une aération fixée & 28 m3/h. Cependant, cette teneur en oxygène est plus élevée, environ 6 p.p.m., au début de fermenta tion, c'est-à-dire vers une acidité de 7,3 L'évolution de cette teneur est représentée sur la courbe2de la figure 1 du dessin annexe. On peut résumer les valeurs caractéristioues d'un cycle de fabrication normale à l'air dans un acétateur "Frings" 150 inox, comme suit Durée d'un cycle de fermentation : 36 heures au minimum Vitesse moyenne de fermentation : 0,15 d /heure ; Production d'acide acétique par cycle : 300 kg environ Volume de vinaigre a 10 % équivalent a cette quantité d'acide : 3.000 litres Volume d'air injecté : 1.008 m3 Volume d'air injecté par litre de vinaigre : 0,340 m3 d'air/l Dépense d'énergie d'aération pour une fermentation environ 100 KW, soit 0,033 KW/1 de vinaigre & 10 % Dépense d'énergie pour l'action antimousse et pour une fermentation : environ 50 KW, soit 0,016 KW/1 de vinaigre & 10 ; Consommation d'eau de température 15Q C (maxi 250 C) pour toute la durée de fermentation (refroidissement) : 36.000 1 ExemPle 2. Phase de fermentation semi-continue de vinaigre d'alcool avec addition d'oxygène pur a l'air insufflé. La fermentation normale X l'air ayant pris fin quand l'acidité atteint 12,6 d , dans l'acétateur "Frings" 150 inox, on soutire 26 hl de jus de fermentation. On remplit & nouveau 1'acétateur & 56 hl (volume rési duel 30 hl) à l'aide d'une dilution alcooliaue identique a celle de l'exemple 1. La teneur en alcool plus la teneur en a cide des 56 hl est égale | un total de 13 degrés. L'acidité est d'environ 7,35 dO au départ du nouveau cycle. Pendant toute la fermentation, la température est régulée & 28 - 300 C. On introduit de l'oxygène de pureté 99,9 7. à la pression de l'atmosphère dans la canalisation de l'air en aval du débitmètre. Les débits d'air et d'oxygène sont mesurés séparément. Le débit total maximum (air + oxygène) est d'environ 28 - 29 m3/h. On introduit l'atmosphère suroxygénée quand l'acidité atteint 8,5 d , environ après 6 heures de marche et jusqu'à 25 heures. De 6 heures & 21 heures, on augmente L'introduction d'oxygène pur de 0,4 m3 | l'heure. Le débit d'oxygène pur après 21 heures de fermentation est fixé & 6 m3 jusqu' la fin de la fermentation, La teneur en oxygène dissous depuis la sixième heure est maintenue aux environs de 3 p.p.m. En conséquence de L'introduction d'oxygène, le débit d'air se trouve diminué de la même quantité. La fermentation est suivie graphiquement sur la courbe 1 de la figure 2 du dessin annexé. La teneur en oxygène dissous est suivie sur la courbe 2 de la figure 2 du dessin annexé, le temps en heures étant porté en abscisses et la teneur en 2 dissous en p.p.m. en ordonnées. L'addition d'oxygène à l'air a pour effet de maintenir la teneur en oxygène dissous aurenvirons de 3 p.p.m. et de faire passer la transformation de l'éthanol en acide acétique de 0,15 d /h pour l'air & 0,25 d /h pour l'air plus oxygène. L'accrois sement de cette vitesse est de 1,66. Cette vitesse est atteinte et reste constante dès que le degré acide est compris entre 8 - 9. On peut résumer les valeurs caractéristiques d'un cycle de fabrication ≈1'air enrichi en oxygène, comme suit Durée d'un cycle de fermentation 22 à 25 heures au ma ximum (dans le cas d'un départ de la fermentation T 0,15 d /h); Vitesse d'acidification à 0,15 d /h entre 7 et 8 et 0,25 d /h entre 8 et 12,6 d ; Production d'acide acétique par cycle : 300 kg environ Volume de vinaigre & 10 % équivalent à cette quantité d'acide : 3.000 litres Volume d'air injecté : 780 m3, soit 0,26 m3/1 vinaigre 10 /e ; Volume d'oxygène utilisé : 65 m3, soit 21 1 d'oxygène par litre de vinaigre Consommation d'eau de refroidissement inférieure h la fermentation a l'air Dépenses d'énergie d'aération pour une fermentation : 61 KW, soit 0,020KW/1 de vinaigre Dépenses d'énergie pour l'antimousse et pour une fermentation : environ 30 KW, soit 0,010 KW/1 de vinaigre. L'addition d'oxygène a l'air introduit dans un acétateur "Frings" provoque une augmentation de 66 % de la vitesse normale d'acidification. Cet accroissement de vitesse est obtenu pour une teneur moyenne en oxygène dissous d'environ 3 p.p.m.; la teneur normale en oxygène est d'environ 2 a 2,5 p.p.m. dans le cas d'une fermentation å l'air. L'économie d'énergie est d'environ 0,019 KW/par litre de vinaigre. Exemple 3. Fabrication de vinaigre d'alcool par fermentation continue. On réalise la fermentation dans un acétateur industriel de 80 hl, selon les principes de la fermentation continue et avec un vinaigre d'alcool å 6,5 de degré total. On additionne de l'oxygène & l'air insufflé dans l'acéta teu, a raison de 42 m3 d'air et 5 m3 d'oxygène. Pour un débit de 3 hl (taux de dilution 0,03) la production d'acide est de 340 - 350 kg/24 h. Pour le même débit, la production est de 260 - 270 kg/24 h g l'air. L'augmentation de la production d'a cidre acétique est de 30 %, et pourrait être aisément supérieure. Exemple 4. Phase de fermentation semi-continue de vinaigre d'alcool avec addition d'oxygène pur a l'air insufflé. La fermentation normale & l'air ayant pris fin quand l'aci- dité atteint 12,5 dO dans l'acétateur Frings 600 on soutire 110 hl de jus de fermentation. On remplit å nouveau l'acétateur & 220 hl a l'aide d'une solution alcoolique identique \ celle des exemples précédents. La teneur en alcool plus la teneur en acide des 220 hl est égale a un total de 13 degrés environ. L'acidité est de 7,30 dO au spart du nouveau cycle, pendant toute la fermentation la température est régulée a 28 - 300 C. L'oxygène de pureté 99,9 7 est introduit à la pression atmosphérique dans la canalisation d'air en aval du débitmètre par l'intermédiaire d'une électrovanne. Cette électrovanne est commandée par un -système régulé comprenant une sonde ampérométrique placée directement dans le jus de fermentation, un amplificateur, un bloc de régulation. Le point de consigne du système régulé est fixé entre 4 et 5,5 ppm et plus particulièrement entre 4,2 et 5 ppm. Lorsque la concontration en oxygène dissous dans le jus de fermentation est inférieure à la valeur du point de consigne l'air insufflé dans l'acétateur est enrichi en oxygène; l'électrovanne d'arrivée d'oxygène est donc ouverte. On constate alors que le melange gazeux injecté a une teneur en oxygène comprise entre 30 et 50 % avec un débit total d'environ 93 r63/h pour un débit d'injection d'oxygène de 18 m3/h. L'introduction de oxygène est dans ce cas directement liée aux besoins de l'acetobacter. La fermentation est suivie graphiquement sur la courbe 1 de la figure 3 du dessin annexé. La teneur en oxygène dissous est suivi sur la courbe 2 de la figure 3 du dessin annexé, le temps en heure étant porté en abscisses et la teneur en 02 dissous en ppm. en ordonnées. La régulation de l'oxygène dissous dans le milieu de culture a pour effet d'augmenter la vitesse de production d'acide. La vitesse atteinte est de 0,25 | 0,27 d /h. Cette vitesse est atteinte et reste constante dès que l'acidité du milieu est d'environ 9 d . La durée du cycle de fermentation est alors comprise entre 30 et 32 heures. La production d'acide acétique par cycle est identique & BR REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication du vinaigre par transformation de l'éthanol en acide acétique par voie microbiologique, caractérisé en ce que la fermentation est conduite en présence d'une atmosphère suroxygénée contenant plus de 21 % d'oxygène, introduite dans le milieu de fermentation de manière a maintenir la teneur en oxygène dissous a une valeur au moins égale a 2,5 ppm. 2. Procédé de fabrication du vinaigre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en oxygène dissous dans le milieu de fermentation est comprise entre 2,5 et 6,5 p.p.m. 3. Procédé de fabrication du vinaigre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en oxygène dissous dans le milieu de fermentation est comprise entre 3,5 et 5 p.p.m. 4. Procédé de fabrication du vinaigre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le débit total de l'atmosphère suroxygénée est constant. 5. Procédé de fabrication du vinaigre selon la revendication 1, quandIafabrication est semi-continue, caractérisé en ce que l'atmosphère suroxygénée est introduite quand l'acidité té du milieu de fermentation est comprise entre 7,5 et 9 % (poids/volume). 6. Procédé de fabrication du vinaigre en semi-continu, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'introduction de l'atmosphère. suroxygénée est une introduction progressive de quantités croissantes d'oxygène dans les proportions précédemment décrites, de manière telle que la teneur en oxygène dissous dans le milieu de fermentation soit maintenue entre 2,5 et 6,5 p. p.m. 7. Procédé de fabrication du vinaigre selon la revendication 1, en fabrication continue, caractérisé en ce que l'injec- tion de l'atmosphère suroxygénée est permanente & une acidité donnée du milieu de fermentation comprise entre 4,5 et 9 7 (poids/volume). 8. Procédé de fabrication du vinaigre selon la revendication 1, en fabrication continue, caractérisé en ce que llatmos- phère suroxygénée est introduite e concentration constante en oxygène choisie dans les proportions précédemment décrites.