Brevet FR2381477A1 — publié le 19780922

La présente invention concerne un procédé de fermentation pour la fabrication d'une matière alimentaire riche en protéines pour les animaux, à partir des sous-produits de laiterie liquides et partiellement désionisés contenant du lactose et de l'acide lactique, et en particulier à partir du petit lait acide ou des ultra-filtrats du petit lait acide ou du lait ou de leurs mélanges, partiellement désionisés. Les sous-produits de laiterie liquides et partiellement désionisés qui contiennent du lactose et de l'acide lactique sont bien connus. Ce type de sous-produits a été utilisé comme matière alimentaire pour les animaux. Cependant la quantité du sous-prodnit fabriqué par la plupart des laiteries dépasse la demande en ce produit aux alentours immédiats de la laiterie. En outre, le prix de vente est insuffisant pour justifier soit le coat du transport du produit à l'état liquide ou les frais de séchage. Par conséquent, l'excès a été regardé par l'industrie laitière comme déchets. On a proposé de modifier le produit pour augmenter sa teneur en azote en vue d'augmenter sa valeur comme matière nutritive. Ces propositions comprennent le mélangeage du produit avec un composé azoté ou l'enrichissement en protéines par un procédé de fermentation. Les propositions faites Jusqu'a' ce Jour ne sont pas entièrement satisfaisantes et la législation concernant l'élimination des effluents liquides de ce type tendant â être de plus en plus sévère, a accru la demande en un procédé satisfaisant pour la modification des sous-produits. Un obJet de la présente invention eêt la fourniture d'un procédé pour convertir les sous-prdnits laitiers liquides et partiellement désionisés, contenant du lactose et de l'acide lactique, et en particulier le petit lait acide partiellement désionisé ou les ultra-filtrats de petit lait acide ou de lait partellement désionisés, en une matière alimentaire utile pour les animaux. Par conséquent, la présente invention concerne un procédé pour la production d'une matière alimentaire riche en protéines pour animaux à partir d'un sous-produit laitier liquide et partiellement désionisé, contenant du lactose et de l'acide lactique, qui comprend la culture en continu d'un micro-organisme pouvant utiliser le lactose et l'acide lactique, en présence d'un gaz contenant de l'oxygène libre, dans un bouillon constitué par une source d'azote et le sous-produit Laitier, additionné d'ions minéraux nécessaires à la croissance du micro-organisme afin d'obtenir le bouillon contenant chacun des ions en une quantité qui soit au moins suffisante pour permettre l'utili- sation totale du lactose et de l'acide lactique présent par le micro-organisme, et qui donne un taux maxiioeW(L de cendres dans le bouillon cultivé de 18 % en poids par rapport à la teneur totale en matières sèches. Le taux de cendres lue plus approprié par rapport à la teneur en matières sèches totale dans le bouillon cultivé, ne doit pas dépasser 12 % en poids. Les micro-organismes qui peuvent utiliser du lactose et de l'acide lactique dans les sous-produits laitiers liquides contenant ces substances, sont connus et un quelconque de ces micro-organismes est approprié pour être utilisé dans le procédé de la présente inventions Un groupe particulièrement convenable de micro-organismes est la famille des levures.Quelques exemples du genre de levures parmi lesquelles les micro-organismes peuvent & re choisis, sont les Kluyveromycess Trichosporon , Rhodotorula, Candida, Pichia, Debaromyces , Leucosporidium , Brettanomyces et Eorulopsis. Les exemples d'espèce appropriés sont les Kluyveromyces fragilis, K. lactis, K. marxiaus X Trichosporon cutaneum, T. inkin, T.Pullulans, Candida pseudotropicalis, C. blankii, C. macedoniensis , C. intermedia, C. curvata, C. humicola, Pichia polymorpha , Rhodotorula lactosa, Rh. minuta, Rh. gracilis. Les bactéries utilisant du lactoseZ de l'acide lactique choisies parmi les entérobacteriaceace et en particulier le genre entérobacter sont également appropriés. Les techniques de désionisation partielle des sousproduits laitiers liquides contenant du lactose et de l'acide lactique sont connues dans l'industrie laitière et en particulier dans la fabrication du fromage. L'électrodialyse et les traitements par les résines échangeuses d'ions sont des exemples de ces techniques. Les ions principaux qui sont éliminés par ces procédés de désionisation sont les ions chlorure , sulfate, potassium et sodium. Un quelconque sous-produit laitier liquide partiellement désionisé connu est approprié pour être utilisé dans le procédé de la présente invention.Les exemples de ces sous-produits laitiers liquides partiellement désionisés, qui par suite de leur disponibilité sont particulièrement utilisables dans le procédé de la présente invention, sont le petit lait acide partiellement désionisé ou l'ultra-filtrat du petit lait acide ou du lait, partiellement désionisé. Le taux de cendres de ces sous-produits peut aller de 3 à 12 % en poids par rapport au poids total des matières sèches. Le taux de cendresest une mesure de la quantité d'ions minéraux présents dans le produit. Les procédés pour mesurer le taux de cendres des sous-produits et des matières sèches dans le bouillon cultivé sont connus et un quelconque de ces procédés peut être utilisé pour déterminer le taux de cendra des sous-produits et des matières sèches du bouillon cultivé dans le présent procédé. les sous-produits laitiers partiellement désionisés contiennent d'habitude des ions phosphore et potassiums en quantité suffisante pour satisfaire aux exigences nutritives du microorganisme utilisé dans le présent procédé. Le plus souvent, il faut aJouter aux produits un ou plusieurs des ions suivants pour satisfaire les conditions de développement des micro-organismes. Fer, zinc, manganèse, cuivre, magnésium, bore, iode, molybdène, cobalt, thorium et étain. Ces ions sont exigés en quantités relativement faibles par le micro-organisme utilisé. Par conséquent, les quantités qu'il faut ajouter aux ions déåà présents dans les sous-produits sont de l'ordre de quelques parties par million.Si le micro-organisme utilisé est une levure, les concentrations types des ions dans le bouillon, exprimées en parties par million par rapport au poids total de la matière sèche de la levure (poids sec) dans le bouillon, sont les suivantes s fer 2 à 4 ; magnésium 70 à 80 ; zinc 5 à 15 ; man ganèse 0 à 2 ; cuivre 0,05 à 0,15 ; phosphore 500 à 700, et potassium 700 à 900o Les ions peuvent être sous forme d'une solution qui peut ensuite être ajoutée soit directement au bouillon soit au sous-produit laitier qui est fourni au souillon dans le mode opératoire continu, Des procédés pour déterminer la quantité de chacun des ions exigés- par le micro-organisme utilisé pour obtenir une utilisation totale d'un substrat carboné , sont connus dans les procédés de fermentation en continu. Une quelconque de ces techniques connues peut etre-utilisée pour déterminer la quantité de chacun des ions exigés par le micro-organisme du présent procédé. Le présent procédé peut fonctionner soit aseptiquement, soit non aseptiquement. Un fonctionnement non aseptique est préféré-pour des raisons économiques. Un quelconque type de fermenteur convient. les fermenteurs du type cuve sont préférés, surtout pour des raisons économiques. Les fermenteurs à injection d'air, à brassage par injection d'air et les fermenteurs avec agitation peuvent être utilisés. Le fermenteur peut avoir un tube d'aspiration central pour faciliter la circulation du bouillon. La température du procédé peut aller de 200C à 4000. D'une façon plus appropriée,si le micro-organisme utilisé est une levure, la température peut être comprise entre 280C et 370C et de préférence entre 330C et 370CI Le pH peut avoir des valeurs de 2,5 a 7,0. Le mieux ap proprié si le micro-organisme utilisé est une levure, est un pH de 3 à 5 et de préférence de 3 à.4. Si la source d'azote pour le micro-organisme utilisé est constituée par des ions ammonium, le pH de la fermentation peut être rélé en ajoutant une quantité constante d'ions ammonium au bouillon pour satisfaire le besoin en azote du micro-organisme et en ajoutant un acide tel que l'acide sulfurique en réponse aux variations du pH.D'une autre façon, une quantité constante d'acide peut être ajoutée selon le type de sous-produit laitier et le pH peut autre réglé par addition d'ions ammonium, par exemple sous forme d'ammoniac ou d'ammoniaque. Le rapport de dilution dépend de la vitesse de développement spécifique du micro-organisme utilisé Si ce micro-organisme est une levure, le rapport de dilution peut aller . de 0,1 à 0,5 volume/volume/heure et de préférence de 0,2 à 0,3 volume/volume/heure. Le gaz contenant de l'oxygène libre peut être l'air et le taux d' aération peut être dans une densité superficielle de l'ordre de 600 à 900 volumes/volume/heure et de préférence de 30 à 120 volumes/volume/heure dans les fermenteurs agités mécaniquement. En général, on opère à la pression atmosphérique, mais une pression allant Jusqu'à 5 bars peut être utilisée. Le type de la source azote dépend du micro-organisms utilisé dans le présent procédé. Par exemple, si ce micro-orga nisme est une levure, la source d'azote peut Qtre présente dans le bouillon sous forme d'ions ammonium ou d'urée.Un procédé commode pour fournir les ions ammonium consiste à injecter l'ammoniac dans le bouillon. Le bouillon cultivé peut avoir une teneur en matières sèches microbiennes de 10 à 100 g/litre. La tenenr en matières sèches microbiennes est habituellement de 20 à 50 g/litre. L'eau peut titre éliminée par évaporation pour obtenir un concentré ayant une teneur totale en matières sèches de 20 à 40 % en poids. Les appareils pour éliminer l'eau du bouillon de fer mentation cultivé par évaporation sont connus. Un quelconque des appareils connus peut être utilisé dans le présent procédé. Le concentré peut être utilisé tel quel comme aliment liquide pour les animaux. D'une autre façon, le bouillon peint ttre séché par exemple par la technique du séchage par pulvérisation pour obtenir un aliment solide pour les animaux. Le produit sec peut avoir un taux de protéines allant de 45 à 60 % en poids par rapport au poids total du produit, un taux de cendré de 9 à 18 % en poids et une tendeur en lipides de 3 à 5 % en poids!. Le produit peut outre utilisé comme matière alimentaire générale pour les ani- 'aux et, en particulier à cause de sa teneur élevée en protéines par rapport à son taux de cendre comme nourriture pour les Jeunes animaux, par exemple pour les veaux et les porcelets La présente invention est illustrée par les exemples descriptifs et non limitatifs ci-après. Exemple 1 On remplit un fermenteur avec injection d'air ayant un volume de travail de 12 m3 avec 4000 litres d'un petit lait acide partiellenent désionisé ayant un taux de cendre de 5 % , une beneur en lactose de 70 % et un taux d'acide lactique de 5% par rapport à la matière sèche totale. Le fermenteur est une cuve ouverte de section circulaire, ayant une hauteur de 10 mètres et un diamètre de 1,30 m. L'aération est obtenue à l'aide d'un aérateur en forme de couronne circulaire, dessiné pour donner un passage optima à l'oxygène et un débit d'air allant jusqu'à 1000 13/heure'. Le petit lait acide est ensemencé avec une culture d'une souche de la levure Klugveromyces fragilis utilisant le lactose et l'acide lactique et la fermentation aérobie , non aseptique est commencée. On insecte 1' ammoniac dans le bouillon comme source d'azote pour la culture. Le pH du bouillon est réglé à environ 3 en ajoutant de l'acide sulfurique en réponse aux variations du pH 4 La température est régulés à environ 35 C. On prépare une solution aqueuse ayant la composition suivante : Composé Grammes par litre des ions des éléments (c'est-à-dire : Pt K, Mg, Zn, Fe, a ou Cu) H3PO4 40 KCl 120 MgSO4 3,6 ZnS04 1,4 FeSO4 0,3 MnSO4 0,4 CuSO4 0,02 On ajoute cette solution au petit lait partiellement désionisé à raison de 5 cm3/litré de petit lait. Le mélange de petit lait et de solution est ensuite envoyé continuellement dans le fermenteur pour obtenir un taux de dilution de 0,3 vo lume/volume/heure Le bouillon est aéré à une vitesse superficielle de 750 m/heure et la fermentationen continu est établie avec une densité de cellules du bouillon de 25 g/litre(La vitesse superficielle en mètre/heure est équivalente à la densité superficielle en volume/volume/heure). L'analyse du bouillon cultivé donne les teneurs en ions suivantes t Ion Concentration dans le bouillon Parties par million Fer 2,0 Magnésium 70,0 Zinc 10,0 Manganèse 2,0 Cuivre 0,01 Phosphore 700,0 Potassium 900,0 Le bouillon extrait du fermenteur est passé sur un évaporateur à pellicule tombante à trois étages où il est concentré par élimination de l'eau à une teneur en matières sèches de 280 g/litreO le concentré passe ensuite dans un sécheur par pulvérisation où il est séché pour obtenir un produit pul- vérulent ayant un taux de cendres de 12 * , une teneur en protéines de 52 * un taux d'acide lactique de 1 * et une teneur en lactose de 2 % , en poids. le produit est une matière alimentaire satisfaisante pour les animaux dans la nourriture des porcs, des volailles et des jeunes animaux, par exemple des veaux et des porcelets. Exemple 2 On remplit un fermenteur à injection d'air ayant un volume de travail de 12 m3 avec 4000 litres d'un petit lait acide partiellement désionisé ayant une teneur en cendres de 5P6, un taux de lactose de 70 * et une teneur en acide lactique de 8 * par rapport au poids total de matières sèches. Le fermenteur est une cuve ouverte de section circulaire ayant une hauteur de 10 mètres et un diamètre de 1s30 m. L'aération est assurée par un aérateur en forme de couronne circulaire dessiné pour obtenir un passage optimum de l'oxygène et un débit d'air allant jusqu'à 1000 à & l'heure. On ensemence le petit lait avec une culture d'une souche de levure Trichosporon cutaneum utilisant du lactose et de l'acide lactique et on commence la fermentation aérobie,non aseptique. On injecte l'ammoniac dans le bouillon comme source d'azote pour la culture. Le pH du bouillon est réglé à environ 3,5 en ajoutant de l'acide sulfurique en réponse aux variations du pH. La température est régulée à environ 35 C. On ajoute une solution aqueuse ayant la composition suivante t Composé Grammes par litre des ions des éléments (c'est-à-dire: P, K, Mn, Zn, Fe, Cu) (c'est-à-dire: ?, K, Mn, Zn, Fe, Cu) H3P04 40 KCl 40 MAS04 0,15 SnS04 2,0 FeS04 0,25 CuSO4 0,02 On ajoute la solution au petit lait partiellement désionisé à raison de 5 cm3/litre de petit lait.Le mélange de petit lait et de solution est ensuite envoyé dans le fermenteur en continu pour obtenir un taux de dilution de 05~volume/volume/ heure.le bouillon est aeré avec une vitesse superficielle de 800 mètres/heure et la fermentation en continu est établie avec une densité de cellules du bouillon de 25 g/litreO On fait passer le bouillon cultivé récupéré du fermenteur sur un évaporateur à pellicule tombante à trois étages où il est concentré par élimination de l'eau à une teneur en matières sèches de 280 g/litre. Le concentré passe ensuite dans un sécheur par pulvérisation où il est séché pour obtenir un produit pulvérulent ayant une teneur en cendres de 12%, un taux de protéines de 60 % , une teneur en acide lactique de 0,8 ffi et une teneur en lactose de 0s75 % en poids. Le produit est une matière alimentaire satisfaisante pour les animaux dans la nourriture des porcs, des volailles et des jeunes animaux, par exemple des veaux et des porcelets. RVE NDI CÂT IONS 1, Procédé pour la fabrication d'une matière alimentaire riche en protéines pour animaux, à partir d'un sous-produit de laiterie liquide et partiellement désionisé, contenant du lactose et de l'acide lactique, caractérisé par le fait qu'on cultive en continu un micro-organisme capable d'utiliser du lactose et de l'acide lactique, en présence d'un gaz contenant de l'oxygène libre, dans un bouillon constitué par une source d'azote et du sous-produit liquide additionné des ions minéraux nécessaires au développement du micro-organisme pour avoir dans le bouillon une quantité de chacun des ions qui soit au moins suffisante pour permettre une utilisation totale du lactose et de l'acide lactique présent par le micro-organisme et qui en traSn-e une teneur maximum en cendres dans le bouillon cultivé de 18 % en poids par rapport au poids total des matières sèches. 2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que le micro-organisme est une levure utilisant du lactose et de l'acide lactique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la levure est une souche de Xluyreromyces fragilis. 4. Procédé selon la revendication 2 caractérisé par le fait que la levure est une souche de Trichosporon cutaneum4 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes , caracterisé par le fait que le sous-produit est un petit lait acide partiellement désionisé. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications trScédentes , caractérisé par le Sait que le gaz contenant de l'oxygène libre est l'air et que le fonctionnement est continu et non aseptie. 74 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les ions minéraux nécessaires au micro-organisme sont ajoutés au sous-produit sous forme d'une solution aqueuse. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 & 6, caractérisé par le fait que les ions nécessaires au micro-organisme sont ajoutés au bouillon sous forme d'une solution aqueuse. 9e Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que la quantité d'ions, fer, magnésium, zinc, manganèse, cuivre, phosphore et potassium ajoutés est suffisante pour obtenir dans le bouillon les concentrations suivantes en parties par million par rapport au poids total des matières sèches microbiennes (poids sec) fer 2 à 4 ; magnésium 70 à 80 ; zinc 5 v 15 ; manganèse O à 2 cuivre 0,05 à 0s15 ; phosphore 500 à 70Ù et potassium 700 à 900. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la source d'azote est sous la forme d'ions ammonium 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait que les ions ammonium sont fournis par injection d'ammoniac dans le bouillon0 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la source d'azote est l'urée. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le gaz contenant de l'oxygène libre est l'air et que l'air est fourni au bouillon à une vitesse équivalente à une densité superficielle de 600 a' 900 volume s/volume/heure. 14. Matière alimentaire riche en protéines pour les animaux fabriquée par le procédé décrit dans l'une quelconque des revendications précédentes.