Brevet FR2348968A1 — publié le 19771118

La présente invention concerne un procédé pour produire de l'alcool par fermentation et, plus particulièrement, un procédé pour produire une nouvelle source de carbone pour la fermentation alcoolique et, également une source très peu coûteuse de fructose, qui est un sucre dont la valeur économique est comparable à celle du saccharose. Le fructose a une saveur sucrée importante et il est environ 1,5 à 2 fois plus sucré que le saccharose. On connaît de nombreux procédés de préparation du fructose, cependant, le court de fabrication est trop important et, par conséquent, les débouchés du fructose sont limités à des utilisations particulières telles que les aliments pour diabétiques. Le saccharose est couramment utilisé comme matière première pour la préparation du fructose. Cependant, il est difficile de traiter la liqueur mère après récupération du fructose. On a étudié de nombreux procédés de traitement de la liqueur mère qui consistent par exemple à la traiter avec de la glucose-isomérase, mais on nta pas, à ce jour, mis au point de procédé satisfaisant du point du vue économique. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 793 146 décrit la récupération du fructose à partir d'un hydrolysat de saccharose sous forme d'un produit d'addition avec le chlorure de calcium et ltemploi de la liqueur mère comme source principale de carbonate, pour la production de l'acide-citrique par fermentation. Cependant, le fructose préparé selon ce procédé est coûteux car le saccharose de départ doit etre pur. De plus, la nature de la fermentation est limitée car des quantités importantes d'ions calcium et d'ions chlore demeurent dans la liqueur mère et inhibent la fermentation. La demanderesse a découvert que lorsqu'on récupère le fructose à partir d'un hydrolysat de mélasses, sous forme d'un produit d'addition avec l'hydroxyde de calcium et qu'on neutralise la liqueur mère, cette liqueur mère convient comme source de carbone pour la fermentation alcoolique. Bien que la concentration de la source de carbone soit réduite, le rendement en alcool n'est pas diminué. Les mélasses que l'on peut utiliser dans l'invention sont les mélasses de canne à sucre, les mélasses de betteraves et les mélasses de raffinerie. On peut hydrolyser le saccharose des mélasses selon des procédés connus en utilisant par exemple un acide minéral ou une enzyme. Par exemple, si l'on ajuste le pH des mélasses à 1,5-2 avec de l'acide sulfurique et qu'on chauffe entre 60 et 100 C pendant 0,5 à 4 h, on peut hydrolyser le saccharose des mélasses en hexoses, c'est-à-dire en glucose et en fructose. Lorsqu'on hydrolyse les mélasses avec un acide minéral, on neutralise l'hydrolysat avec un alcali tel que de l'hydroxyde de calcium ou de l'hydroxyde de sodium. On mélange ensuite l'hydrolysat neutralisé avec de l'hydroxyde de calcium, de préférence en une quantité de 0,7 à 1,5 fois la quantité molaire des hexoses. Au lieu d'hydroxyde de on peut utiliser l'oxyde de calcium. Dans ce cas on transforme tout d'abord l'oxyde de calcium en hydroxyde de calcium dans lthydrolysat, puis on le fait réagir avec le fructose. On doit effectuer le mélange avec précaution. On refroidit tout d'abord l'hydrolysat neutre en dessous de 100C, de préférence en dessous de 50C et on ajoute à l'hydrolysat froid l'hydroxyde de calcium en une quantité comprise entre 1,2 et 1,6 fois la quantité molaire du fructose. On ajoute ensuite de préférence des germes constitués du produit d'addition du fructose et de l'hydroxyde de calcium et on laisse mûrir le mélange amorcé pendant 15 à 60 mn en agitant modérément. Les cristaux du produit d'addition peuvent également cristalliser sans amorçage. On ajoute progressivement le reste de l'hydroxyde de calcium en environ 1 à 2 h. Pendant la réaction de l'hydroxyde de calcium et du fructose on maintient de préférence la température du milieu réagissant en dessous de 5"C pour réduire la décomposition du fructose et du glucose. Ce mode opératoire produit de gros cristaux du produit d'addition qui conviennent particulièrement bien à la séparation à l'échelle industrielle. Si l'on effectue le mélange sans précautions, la suspension obtenue est crémeuse et constituée de nombreux cristaux fins. Par conséquent, la séparation -industrielle des cristaux est difficile. Si on mélange l'hydrolysat neutre à du chlorure de calcium au lieu d'hydroxyde de calcium, on ne peut séparer les cristaux du produit d'addition car les cristaux précipités sont très fins et la suspension très visqueuse. On récupère les cristaux ainsi produits par filtration ou centrifugation. On lave de préférence les cristaux récupérés avec de l'eau refroidie. On peut préparer,à partir des cristaux recueillis, selon des procédés connus, des cristaux de fructose ou une solution de fructose à faible teneur en glucose. L'agent de neutralisation préféré de l'hydroxyde de calcium du produit d'addition est le dioxyde de carbone. Dans ce cas, on met les cristaux en suspension dans l'eau, puis on fait barboter du dioxyde de carbone gazeux. Après barbotage, on sépare le précipité pour obtenir une solution brute de fructose. Si on le désire, on peut soumettre la solution de fructose à une purification complémentaire selon des procédés connus, tels qu'une cristallisation, un traitement avec une résine échangeuse d'ions et une décoloration, pour obtenir des cristaux de fructose finals. Le rendement du fructose dans la solution ci-dessus, à partir de lthydrolysat, peut atteindre 70% et il est généralement de 50 à 65%. On neutralise la liqueur mère. Des agents de neutralisation appropriés sont le dioxyde de carbonate, l'acide sulfurique, l'acide phosphorique, les résines échangeuses de cationset similaires. lorsqu'on effectue la neutralisation en utilisant un des agents précités, on peut, s'il est nécessaire, éliminer les ions calcium en séparant le précipité formé. Parmi les agents précités, on préfère le dioxyde de- carbone car ie carbonate de calcium formé n'inhibe pas la fermentation alcoolique. De plus, lorsqu'on sépare le carbonate de calcium, on peut le réutiliser en le calcinant. Comme le fructose et le glucose sont instables en solution alcaline, il est nécessaire de les maintenir à basse température pendant le traitement ci-dessus. I1 est également nécessaire de neutraliser rapidement le produit d'addition et la liqueur mère après séparation du produit d'addition du fructose. La liqueur mère neutralisée convient comme source de carbone pour la fermentation alcoolique. Les souches de micro-organismes que l'on peut utiliser dans l'invention sont celles qui appartiennent au genre Saccharomyces et sont capables de produire de l'alcool. On peut en citer comme exemple la souche Saccharomyces cerevisiae Kyokai nO 7, ATCC 26422. On effectue la fermentation comme il est habituel de le faire lorsqu'on utilise les mélasses comme source principale de carbone. Bien que l'extraction du fructose réduise la concentration en carbone des mélasses, les rendements de la fermentation ne sont pas réduits. EXEMPLE 1 On dilue de la mélasse de canne à sucre en utilisant 2,3 1 d'eau par kg de mélasse, on ajuste le pH à 1,5 avec de l'acide sulfurique et on hydrolyse à 600C pendant 4 h. On neutralise l'hydrolysat avec de l'hydroxyde de calcium et on sépare par filtration le précipité de sulfate de calcium. On obtient ainsi une solution de sucre inverti renfermant 9,95 g/dl de glucose et 11,25 g/dl de fructose. On refroidit à OOC, 3 1 de la solution de sucre inverti et on ajoute progressivement à la solution, en maintenant la température en dessous de 5"C, de l'hydroxyde de calcium à 30% renfermant 262 g de Ca(OH)2 (quantité molaire équivalant aux hexoses). Lorsqu'on a ajouté 70% de la quantité totale d'hydroxyde de calcium, on arrête l'addition et on amorce avec une petite quantité de cristaux du produit d'addition. Pour supprimer la sursaturation, on agite la solution amorcée pendant 30 mn. Pendant l'agitation de nombreux cristaux du produit d'addition précipitent. On ajoute ensuite progressivement les 30% restants d'hydroxyde de calcium en 1 h et on agite encore la suspension ainsi produite pendant 30 mn. On sépare les cristaux du produit d'addition par filtration et on les lave avec de l'eau refroidie. On met les cristaux récupérés en suspension dans l'eau refroidie, on neutralise la suspension avec de l'acide sulfurique et on sépare le précipité formé. La solution de fructose ainsi obtenue renferme 168 g de fructose et 6,4 g de glucose. Le rendement en fructose est de 50%. On neutralise également la liqueur mère avec de l'acide sulfurique et on sépare le précipité. La solution appauvrie en fructose ainsi otenue renferme 284 g de glucose et 159 g de fructose. On effectue des essais de fermentation en utilisant la mélasse de canne à sucre et la solution appauvrie en fructose comme sources principales de carbone. On introduit dans des erlenmeyers de 500 ml des portions de 200 ml de milieux de culture renfermant - une des sources principales de carbone ci-dessus 20 g/dl (en sucre total) - (NH4)2S04 0,15 g/dl - son de riz 0,15 g/dl - pH 5,0 et on stérilise à 100"C pendant 20 mn. On ensemence les milieux avec Saccharomyces cerevisiae Kyokai nO 7 que l'on a préalablement mis en culture non agitée dans 100 ml d'extrait de malt à 30% pendant 24 h et on cultive sans agitation à 32"C pendant 3 jours. Les rendements en alcool par rapport au sucre total sont respectivement de 79,5% pour la mélasse de canne à sucre et de 80,1% pour la solution appauvrie en fructose. EXEMPLE 2 On dilue de la mélasse de betteraves en utilisant 2,5 1 d'eau par kg de meulasse, on ajuste le pH à 1 > 5 avec de l'acide sulfurique et on hydrolyse à 600C pendant 4 h. On neutralise l'hydrolysat avec de l'hydroxyde de calcium et on sépare par filtration le précipité formé. On obtient ainsi une solution de sucre inverti renfermant 7,80 g/dl de glucose et 8,81 g/dl de fructose. On refroidit à OOC 3 1 de la solution de sucre inverti et on ajoute progressivement à la solution, en maintenant la température en dessous de 5"C, une solution d'hydroxyde de calcium à 30% renfermant 205 g de Ca(OH)2 (quantité molaire égale aux hexoses). lorsqu'on a ajouté 70% de l'hydroxyde de calcium, on arrête l'addition et on amorce avec une petite quantité de cristaux du produit d'addition. Pour supprimer la sursaturation, on agite la solution amorcée pendant 30 mn. Pendant l'agita tion,de nombreux cristaux du produit d'addition précipitent. On ajoute progressivement, en 1 h, les 30% restants d'hydroxyde de calcium et on agite encore la suspension pendant 30 mn. On sépare par filtration les cristaux du produit d'addition et on les lave avec de l'eau refroidie. On met les cristaux récupérés en suspension.dans de l'eau refroidie, on neutralise la suspens ion avec de l'acide sulfurique et on sépare le précipité formé. La solution de fructose ainsi obtenue renferme 169 g de fructose (rendement : 64%) et 6,3 g de glucose. On neutralise la liqueur mère avec de l'acide sulfurique et on sépare le précipité. La solution appauvrie en fructose renferme 220 g de glucose et 87 g de fructose. On effectue des essais de fermentation comme décrit dans l'exemple 1, si ce n'est qu'on remplace la mélasse de canne à sucre et la solution appauvrie en fructose par la mélasse de betteraves et la solution appauvrie en fructose correspondante. Les rendements en alcool par rapport au sucre total sont respectivement de 82,1% pour la mélasse de betteraves et de 81,5% pour la solution appauvrie en fructose. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé de préparation d'alcool par fermentation, caractérisé en ce qu'il consiste à mélanger un hydrolysat de mélasses renfermant du glucose et du fructose avec de l'hydroxyde de calcium pour former un précipité du produit d'addition avec le fructose, à séparer le précipité formé, à neutraliser la liqueur mère restante et à utiliser les liqueurs restantes comme souce de carbone pour la fermentation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité d'hydroxyde de calcium est de 1,2 à 1,6 fois la quantité molaire de fructose. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on élimine les ions calcium après la neutralisation. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue la fermentation en utilisant un micro-organisme appartenant au genre Saccharomyces. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le micro-organisme appartient à l'espèce Saccharomyces cerevisiae.