Brevet FR2356720A1 — publié le 19780127

La présente invention concerne des amétiorations apportées aux procédés de fermentation et les procédés de fermentation et en particulier les procédés de fermentation pour la préparation de masses biologiques microbiennes par la culture aérobie de micro-organismes dans un bouillon comprenant un milieu nutritif aqueux et en présence d'une source de carbone. Les procédés de fermentation pour la préparation de masses biologiques microbiennes sont connus. La masse biologique préparée par les procédés peut être utilisée comme aliment protéique. Un facteur important en ce qui concerne l'écono- mie de ces procédés et la productivité de la fermentations c'est-à-dire le poids de masse biologique fabriqué par unité de volume de bouillon par unité de temps. C'est un objet de la présente invention de fournir un procédé de fermentation du type précédant ayant une productivité accrue. Par conséquent, la présente invention concerne un procédé de fermentation qui comprend la culture d'un micro- organisme dans un bouillon comprenant un milieu nutritif aqueux et en présence d'une source de carbone, d'un gaz contenant de l'oxygène libre et d'une protéine naturelle ayant un poids moléculaire compris entre 10 000 et 100 000. Le procédé est particulièrement approprié pour la préparation de masses biologiques micfobiennes et en particulier pour la préparation de masses biologiques microbiennes utilisant un hydrocarbure comme source de carbone. Toutefois il peut être appliqué aux techniques de fermentation pour la prépnration de métabolites tels que les antibiotiques, acides, alcools et enzymes et pour la fermentation des composés gras. Le procédé peut aussi être appliqué au traitement d'effluents aqueux, par exemple dans des boues activées ou dans des filtres bactériens ou bien pour accélérer la dégrada tion naturelle de substances insolubles dans l'eau. le terme protéine naturelle est connu et utilisé dans la présente demande dans son sens habituel pour désigner des protéines non dégradées ou des protéines à ltitat naturel. Quelques exemples de protéines naturelles qui peuvent être utilisées dans le présent procédé sont les albumines les protéines de soja et de levure et le petit lait. les al butines sont préférées parce quelles sont facilement disponiables Des exemples d'albumines sont la séro-aibumine bovine, la lactalbumine et l'ovalbuminee Ces protéines entrainent-la formation de mousses dans un milieu aqueux aéré.On pense que la protéine modifie les tensions supercielle et interfaciale dans le bouillon et améliore le passage de loxygène depuis la phase gazeuse dans la cellule et si la source de carbone est un hydrocarbure, la conversion de l'hydrocarbure est améliorée les protéines préférées ont un poids moléculaire compris entre 35 000 et 70 000 . les protéines particulièrement préférées ont un poids moléculaire d'environ 50 000. Le poids de la protéine naturelle dans le bouillon par rapport au poids total du bouillon peut être compris entre 50 et 500 mg/l et de préférence entre 100 et 200 mg/l. La protéine peut être présente dans le milieu nutritif aqueux qui forme un constituant du bouillon ou bien elle peut être ajoutée séparément au bouillon soit par intermittence soit en continu pendant la fermentation. Dans l'opération en continu il est commode d'ajouter la protéine naturelle avec le milieu nutritif aqueux ajouté au bouillon. le milieu nutritif aqueux peut être un quelconque milieu aqueux qui contient les éléments nutritifs nécessaires à la croissance des micro-organismes. Ce type de milieu est connu et consiste principalement en sels minéraux qui sont essentiels à la croissance du micro-organisme utilisé . La source d'azote peut entre l'ammoniac ou un sel d'ammonium. La source d'azote peut former un composant du milieu ou peut être ajoutée séparément au bouillon. toute source de carbone qui peut 8tre utilisée par le micro-organisme peut être présente. Par exemple la source de carbone peut entre un hydrocarbure, un hydrocarbure oxydé par exemple un alcool, un carbohydrate ou un triglycéride. Si le micro-organisme peut utiliser des hydrocarbures, la source de carbone peut être un hydrocarbure quelconque connu pour être une source de carbone convenable dans les techniques connues de fermentation des hydrocarbures. 'hydrocarbure peut Entre gazeux ou liquide, L'hydrocarbure est de préférence une charge d'alimentation de pétrole contenant des hydrocarbures à chaîne droite. Elle peut contenir une petite ou une grande quantité d'hydrocarbures à chatne droite ou bien elle peut être constituée uniquement par des hydrocarbures à channe droite. L'hydrocarbure peut être une fraction du pétrole contenant 5 à 45 % en poids d'hydrocarbures à chaine droite tel que par exemple un gas oil, un kérosène ou un pétrole brut.Par contre, il peut Qtre une fraction de pétrole riche en hydrocarbures à chaîne droite, par exemple une fraction de paraffine normale obtenue à partir de gas oil ou de kérosène et qui contient jusqu'à 100 % en poids d'hydrocarbures à chaine droite. les hydrocarbures à chaine droite les mieux appropriés ont une longueur de chaîne de 10 à 25 et mieux de 13 à 20 atomes de carbone. Des exemples d'hydrocarbures liquides appropriés sont les paraffines normales de gas oil et de kérosène. quelques exemples d'hydrocarbures gazeux appropriés sont le méthane, le gaz naturel, le gaz de gisement et le butane. Le micro-organisme peut entre une bactérie ou un champignon. le procédé est particulièrement applicable pour la culture des micro-organismes utilisant des hydrocarbures et tout micro-organisme connu utilisant des hydrocarbures peut être utilisé. Si le micro-organisme est un champignon c'est de préférence une levure. Si la source de carbone est un hydrocarbure à chaîne droite, les levures utilisant des hydrocarbures à chaine droite peuvent convenir particulièrement . Les levures du genre Candida sont particulièrement préférées. Les levures Candida lipoxytica et tropicalis sont des exemples des espèces de ce genre. -Des exemples de souches de ces es pèces sont la Candida lipolytica C.B.S nO 6331 et la Candida tropicalis C.B.S nO 6373. Si la source de carbone est un hydrocarbure gazeux tel que par exemple un gaz contenant du méthane, tel que le méthane ou le gaz naturel, le micro-organis- me est de préférence une bactérie utilisant du méthane et ayant une membrane interne du type I ou II tel que décrit par Wittenbury et col., dans le Journal of General Microbiology (1970) vol. 61 page 213. Ce type de bactérie est classé dans les groupes des méthylomonas, méthylobacter, méthylosinus et méthylococcus. Un exemple d'une espèce appropriée est la méthylococcus capsulatus. Ces espèces ont été décrites d'abord par J.W. Poster and R.H. Davis dans le J. Bacteriology 1966, Vol. 91, page 1924 et plus tard par Whittenbury et col., dans la ;. Gen. Nicrobiology 1970, Vol. 61 , page 205. Le procédé peut être effectué en utilisant de quelconques conditions opératoires connues. Dans les techniques de préparation d'une masse biologique mic mbienne, la présence de protéine naturelle amène une augmentation de la productivité de la fermentation pour un apport d'énergie donnée. Ou bien encore une productivité constante peut entre maintenue pendant un apport d'énergie réduit. La productivité augmentée demande à son tour davantage d'agents nutritifs et en particulier davantage de substrat carboné fourni au micro-organisme utilisé. La température de travail dépend principalement du type de micro-organisme. Dans le procédé pour la préparation d' une masse biologique microbienne la température peut être comprise entre 270 et 550 C. Si le micro-organisme est une levure la température de travail est généralement comprise entre 280 et 320 C. Si le micro-organisme est une bactérie la température de travail peut être comprise entre 400 et 550cl De même le pR opératoire dépend principalement du type de procédé et du type de micro-organisme utilisé. Dans le procédé pour la préparation d'une masse biologique microbienne, le pli peut avoir une valeur comprise entre 3,5 et 8 .Si le microorganisme est une levure le pli peut être compris entre 3,5 et 5,5. Si le micro-organisme est une bactérie le pEI peut être compris entre 4,5 et 8 Le procédé peut être effectué soit en discontinu soit en continu. L'opération en continu est préférée pour la préparation d'une masse biologique microbienne. Dans les fermentations de masses biologiques si les hydrocarbures sont utilisés comme source de carbone, le procédé donne naissance à une proêuctivité augmentée et en opération continue, facilite l'utilisation de taux de dilution élevés avec une amélioration conséquente dans le rendement. Si l'hydrocarbure est un liquide, un faible excès d'hydrocarbure peut être maintenu dans le bouillon. La présente invention est illustrée par les exemples descriptifs et non limitatifs ci-après. Exemple 1 Une cuve de fermentation munie d'un agitateur, ayant un volume utile de 2 litres et remplie avec 1,8 1 d'un milieu nutritif aqueux contenant 50 mg/l de sero-albumine bovine ayant un poids moléculaire d'environ 60 000, est ensemencée avec une souche de la levure Candida tropicalis, utilisant des hydrocarbures à chaste droite, pour avoir une concentration en cellules (poids sec) de 1 g/litre. Le milieu contient 3,5 g/l de n-paraffine ayant une plage de températures d'ébullition comprise entre 2000 et 3000C et une longueur de chaste de 13 à 18 atomes de carbone.Le milieu a la composition suivante Sulfate de potassium 0,668 g Acide phosphorique 0,727 Sulfate de magnésium 7H20 0,162 Sulfate de zinc 7H20 0,079 Sulfate ferreux F 0 0,0055 Sulfate de cuivre 5H20 0,00076 Eau du robinet nécessaire pour compléter à 1 litre La fermentation commence à une température de 300C, avec une vitesse d'aération de 180 litres par heure (90 volumes/ volume/heure) et une vitesse d'agitation de 1250 tours/minute. Le bouillon est maintenu à pH 4 par addition d' ammoniac. La quantité ajoutée est enregistrée en fonction de la durée de la fermentation. L'ammoniac sert également comme source d'azote pour la culture. On opère dans des conditions discontinues pendant 5 heures. Le poids de cellules (poids sec) obtenues est ensuite mesuré La vitesse de croissance et la productivité sont ensuite calculées à partir de la quantité d'ions ammonium utilisée et le poids de cellules obtenues Les résultats ainsi obtenus sont indiqués sur le tableau 1 La-teneur en n-paraffines du bouillon est également mesurée à la fin de la fermentation. Ce résultat est également indiqué sur le tableau 1. Une autre fermentation est effectuée en utilisant des conditions identiques à celles décrites ci-dessus sauf que la teneur initiale en albumine du milieu est de 100 mu/1. Les résultats obtenus à partir de la fermentation sont montrés sur le tableau 1. Â titre de comparaison une fermentation témoin est effectuée dans des conditions identiques à celles décrites dans l'exemple mais en l'absence d'albumine. Les résultats ainsi obtenus sont également indiqués sur le tableau 1. Tableau 1 Concentration de Productivité Vitesse de Taux final de l'albumine t grammes par croissance n-paraffines milligrammes par litre-1 par max h-1 Grammes par litre par litre par max h-1 litre -1 litre 50 1,15 0,340 0,15 100 1,29 0,38 0,05 Nulle 0,95 0,320 0,450 Exemple 2 Une cuve de fermentation avec brassage d'air ayant un volume utile de 100 litres et contenant 40 litres d'un milieu nutritif aqueux ayant la composition donnée dans l'exemple 1 , fonctionne en continu à une température de 300C, avec une cadence de dilution de 0,25 h 1 , un débit d'air de 620 m3/m2/heu- re correspondant à un apport d'énergie disponible d'environ 5 kilowatts par mètre cube. le micro-organisme est une souche de la levure Candida tropicalis utilisant des hydrocarburds à channe droite. Une solution aqueuse de séro-albumine bovine ayant un poids moléculaire de 60 000 est alimentée au bouillon pour avoir une concentration de 100 mg/l. Une paraffine normale de gas oil ayant une plage d'ébullition de 2000 à 3000C, et une longueur de chaîne de 13 à 18 atomes de carbone, est alimentée continuellement au bouillon pour avoir 12 g de n-paraffine/litre de milieu aqueux fourni au bouillon. De l'ammoniac est envoyé dans le bouillon pour maintenir le pH à 4. Le poids de levure (grammes de levure sèche) produit par litre de bouillon par heure et la concentration en hydrocarbures résiduels du bouillon sont contralés. Les résultats ainsi obtenus sont indiqués sur le tableau 2 A titre de comparaison une fermentation témoin est effectuée dans les conditions identiques à celles décrites dans le présent exemple mais en l'absence d'albumine. Les résultats ainsi obtenus sont également indiqués sur le tableau 2. Tableau 2 Concentration Productivité Vitesse d'alimen- Résiduelles de l'albumine gramens par tation n-paraffi- n-paraffines Milligrammes litre-1 par nes, Grammes par dans le bouilpar litre litre par litre de milieu lon. Grammes heure aqueux par litre 100 2,95 12,00 0,27 Nulle 2,15 12,00 3,42 Les exemples montrent que la présence de la protéine naturelle séro-albutine bovine dans le bouillon entrain une augmentation de la productivité de masses biologiques pour un apport d'énergie donnée et amène une diminution du taux d' hy drocarbures résiduelles du bouillon. Le taux réduit d'hydrocarbures est intéressant parce qu'il correspond à la réduction du taux d' hydrocarbures dans la masse biologique fabriquée. REVEDICÂT IONS 1. Procédé de fermentation comprenant la culture d'un micro-organisme dans un bouillon constitué par un milieu nutritif aqueux et en présence d'une source de carbone et d'un gaz contenant de l'oxygène libre, caractérisé par le fait que dans le bouillon est présent une protéine naturelle ayant un poids Voléculaire compris entre. 10000 et 100 000. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par ne fait que la protéine naturelle est une albumine. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la protéine naturelle est la séro-albumine bovine. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la protéine naturelle est une protéine de levure. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé par le fait que la protéine naturelle a un poids moléculaire compris entre 35 000 et 70 000- 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le poids de la protéine naturelle dans le bouillon, par rapport au poids total du bouillon, est compris entre 50 et 500 mg par litre. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 , caractérisé par le fait que le poids de la protéine naturelle dans le bouillon, par rapport au poids total du bouillon, est compris entre 100 et 200 mg/l. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la source de carbone est un hydrocarbure. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'hydrocarbure est une charge d'alimentation de pétrole contenant des hydrocarbures à channe droite. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'hydrocarbure est une fraction de paraffine normale obtenue à partir d'un gas oil ou d'un kérosène. 11. Procédé selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé par le fait que les hydrocarbures à channe droite ont une longueur de channe comprise entre 10 et 25 atomes de carbone. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé par le fait que le micro-organisme est une levure utilisant des hydrocarbures à channe droite. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que la levure est une souche de Candida lipolytica ou de Candida tropicalis. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 caractérisé par le fait que l'opération est continue. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que la masse biologique microbienne est récupérée à partir du bouillon cultivé. 16. Nasse biologique microbienne préparée par le procédé décrit dans l'une quelconque des revendications 1 à 15