Brevet FR2403383A1 — publié le 19790413

La présente invention a pour objet un dispositif de fermentation aérobie dans une cuve de fermentation, comportant des moyens de contrôle et de réglage de la teneur en oxygène dans la cuve, ainsi qu'un conduit d'evacuation des gaz résiduaires et des conduits d'admission d'air et d'oxygêne, cependant qu'au moins une sonde d'oxygène est disposée dans la cuve de fermentation. Pour la fermentation aérobie, on utilise des micro-organismes aérobies hautement sensibles au manque d'oxygène. C'est ainsi que, lors de la fabrication du vinaigre à partir de l'alcool éthylique à l'aide de l'Acétobacter suboxydans, une interruption de l'alimentation en oxygène durant 15 à 60 secondes peut, pour une concentration totale de il à 12% (définie comme étant la somme de la teneur en alcool exprimée en % (volume) et du nombre de grammes d'acide acétique par 100 cm3), entraîner une perte allant jusqu'à 100%. Ceci oblige à interrompre le processus de fermentation et provoque une perte de production de 2 à 3 semaines environ, pendant lesquelles on doit remettre la fermentation en route. Par ailleurs, d'autres micro-organismes aérobies ne résistent pas à l'oxygène pur ou à des concentrations d'oxygène trop élevées. Il est important, par conséquent, lors de la fermentation aérobie, de maintenir la concentration en oxygene de la masse réactionnelle à une valeur constante située à l'intérieur d'une plage déterminée. La demande de brevet en R.F.A. divulguée sous le NO 24 01 436 décrit une installation comprenant une cuve de fermentation pour le traitement d'une masse réactionnelle aerobie, dans laquelle on introduit de l'air et/ou de l'oxygène. Grâce à une sonde de température qui mesure la température de la masse réactionnelle le débit d'air amené dans la cuve de fermentation est augmente ou diminué lorsque la température de la masse réactionnelle dépasse une valeur maximun prédéterminée ou tombe au-dessous d'une valeur minimun prédéterminée, respectivement. Afin de stabiliser l'alimentation en oxygène, qui subit, de ce fait, des variations, on prévoit, dans la cuve de fermentation, une sonde d'oxygène qui contrôle automatiquement une valve réglant l'admission d'oxygène dans la cuve de fermentation. Cette installation présente un inconvénient en ce qu'il n'y est pratiquement pas possible d'empêcher la formation de mousse, pendant la fermentation, notamment dans le cas où le débit d'air amené dans la cuve de fermentation est relativement éleve. De ce fait, la concentration d'oxygène dans la cuve subit des variations, la détermination de la concentration d'oxygène est imprécise, et par conséquent, l'alimentation en oxygène de la cuve n'est pas constante. Dans ces conditions, on ne peut pas assurer une croissance optimum des micro-organismes aérobies. La présente invention a donc pour but de créer un dispositif permettant, lors de la fermentation aérobie , de maintenir une concentration constante en oxygène, cette concentration présentant une valeuroptimum pour la croissance des micro-organismes, c'est-à-dire une valeur aussi élevée que possible. Le dispositif faisant l'objet de l'invention permet d'atteindre ce but en ce qu'il comporte une sonde d'oxygène supplémentaire disposée dans le conduit d'évacuation des gaz résiduaires et associee à un commutateur de valeur de seuil. Selon l'invention, la concentration d'oxygène dans la cuve de fermentation peut etre déterminée par deux voies différentes: d'une part, on maintient la méthode classique de mesure, c'est-à-dire la détermination de la concentration en un point de mesure défini, à l'intérieur de la cuve. D'autre part, grâce à l'invention, il est possible, de plus, de determiner la concentration d'oxygène à partir du résultat de la mesure de la teneur en oxygene des gaz résiduaires. Ceci est avantageux parce que les gaz résiduaires ne subissent pas les variations locales de la concentration auxquelles la masse réactionnelle est exposée, notamment lorsqu'elle est rendue hétérogène par la formation de mousse.Des variations de la concentration de l'oxygène contenu dans les gaz résiduaires reflètent, par contre, des variations effectives de la teneur en oxygène, c'est-à-dire des variations intéressant l'ensemble du processus de fermentation, qui sont dues, par exemple, à des variations de la pression de l'air, à une interrruption de l'alimentation en air ou à une augmentation de la quantité d'oxygene requise par les micro-organismes aérobies. L'invention permet, par conséquent, de maintenir dans la masse réactionnelle une concentration d'oxygène optimum, c'est-à-dire une concentration qui soit aussi élevée que possible sans avoir une influence nuisible sur les micro-organismes aérobies. Etant donné que les micro-organismes ne consomment que l'oxygène dissous dans la masse réactionnelle, il est avantageux de disposer d'une quantité d'oxygene aussi grande que possible, afin d'accélérer la réaction de fermentation. Un autre avantage offert par l'invention réside dans le fait que de nouvelles cultures de micro-organismes peuvent se former, qui résistent à des concentrations d'oxygène plus élevées, ce qui entraîne une augmentation du rendement de la fermentation.De ce fait, la durée du traitement de chaque charge est réduite, dans le cas des opérations intermittentes, et le rendement est augmente, dans le cas des opérations en continu. Avantageusement, le dispositif selon l'invention comporte un circuit de réglage relié parl'intermediaire du commutateur de valeur de seuil à la sonde de température supplémentaire et agencé de manière à réagir à la différence entre des signaux correspondant aux valeurs mesurées et un signal correspondant à une valeur nominale produit par un générateur convenable qui peut etre ajusté à ladite valeur nominale, ledit circuit de réglage étant, en outre, relié à des moyens de commande agissant sur des organes de réglage disposés dans les conduits d'admission d'oxygène et d'air. Dans ce premier ensemble de réglage, constitué par la sonde de température supplémentaire, le commutateur de valeur de seuil et le circuit de réglage précité, ce commutateur transforme les signaux produits par la sonde de mesure disposée dans le conduit d'évacuation des gaz, lorsque la valeur me surée dépasse une valeur de seuil affichée, ou tombe au-dessous d'une valeur de seuil affichée, en signaux de mesure qui sont transmis au circuit de réglage et compares au signal produit par le générateur du signal de référence ou de valeur nominale.Lorsque ces signaux sont différents l'un de l'autre, le circuit de réglage transmet aux organes de réglage des signaux de réglage correspondant a cette différence, aux moyens de commande des organes de réglage disposés dans les conduits d'admission d'air et d'oxygène, ce qui entraine une correction de la position des organes de réglage et, par suite, du débit de l'air et de l'oxygène admis. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, au moins deux sondes d'oxygène sont disposées dans la cuve de fermentation et associées à un dispositif générateur de valeur moyenne relié au circuit de réglage. En vue d'un relevé aussi complet que possible des donnees, il est souhaitable que l'on connaisse la concentration d'oxygène en plusieurs points à l'intérieur de la cuve de fermentation. Lorsqu'on installe deux sondes d'oxygène ou plus dans la cuve de fermentation, il devient possible de déterminer le gradient de concentration et une valeur moyenne de la concentration d'oxygène à l'intérieur de cette cuve. Cette valeur moyenne est établie dans ledit dispositif générateur de valeur moyenne, sur la base des valeurs de mesure fournies par les différentes sondes, et elle est transmise au circuit de réglage qui corrige alors, ainsi qu'il a été décrit ci-dessus, les débits d'admission d'air et d'oxygène vers la cuve de fermentation. Ainsi le dispositif selon l'invention comporte en fait un second ensemble de reglage qui fonctionne de manière analogue à celle du premier.ensemble de réglage mentionné ci-dessus, mais non simultanement avec celui-ci. Des débitmètres mesurent les quantites d'air et/ou d oxygène amenées par unité de temps dans la cuve de fermentations, ces débitmètres étant disposes dans les conduits d'admission, en amont des organes de réglage précites, en référence à la direction d'écoulement de l'air et/ou de l'oxygène:: Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, le dispositif de fermentation comporte un circuit de réglage supplémentaire propre a élargir la gamme de réglage des organes de réglage, ce circuit de réglage supplémentaire étant relié, d'une part, aux débitmétres susmentionnés et, d'autre part, à des moyens de commande d'organes de réglage supplémentaires, et chacun desdits organes de réolaoe suoolémentaires est relié en Darallèle aux conduits DrinciDaux d'admission d'air et d'oxygene, respectivement, au moyen d'un conduit d'admission supplémentaire et par l'intermédiaire d'un débitmètre supplémentaire. Le circuit de réglage supplémentaire règle les moyens de commande des organes de réglage supplémentaires en fonction des valeurs de mesure fournies par les débitmètres disposés sur les conduits d'admission d'air et d'oxygène. Etant donné que les organes de réglage supplementaires et les conduits d'admission supplémentaires sont branchés en parallèle avec les conduits principaux d'admission d'air et d'oxygène, il est possible d'augmenter les quantites d'air et d'oxygène amenées vers la cuve de fermentation au-delà de la capacité des conduits d'admission principaux.Par exemple, lorsque le débitmètre dispose sur le conduit principal d'admission d'oxygène indique un débit maximum, le circuit de réglage assurant un élargissement de la plage de réglage enregistre un signal correspondant produit par le débit mètrent provoque la mise en marche des moyens de commande de l'organe de reglage disposé dans le conduit d'admission supplémentaire, à la suite de quoi une quantité supplémentaire d'oxygène est amenée vers la cuve de fermentation. L'alimentation principale en air et/ou oxygene est alors assurée par le conduit d'admission supplémentaire, tandis que le réglage fin continue d'être assuré par les organes de réglage disposés dans les conduits principaux d'admission d'air et/ou d'oxygène. Grâce à cet agencement, il est possible de faire varier dans de larges limites les quantités d'oxygène et/ou d'air introduites dans la cuve. Un avantage particulier de l'invention réside dans le fait que le circuit de reglage supplémentaire précité peut assurer l'alimentation de la cuve de fermentation en cas de défaillance du svstème d'alimentation constitue Dar les conduits d'admission princ.paux. Dans ces conditions, le conduit d'admission resté intact assure T 'alimentation en oxygène de la cuve, si bien qu'une alimentation ininterrompue et, par suite, le maintien d'une concentration constante en oxygène dans la cuve sont assurés. Dans un mode avantageux de l'invention, les moyens de commande précités sont constitués par des moteurs, et les organes de réglage sont constitués par des valves commandées par moteur,des valves à électro-aimant ou magnetiques. Le dispositif ci-dessus peut être utilise pour la fabrication de vinaigre par un procéde de fermentation par submersion ou de fermentation de surface du type ou les bacteries scntensemencées sur un support en milieu ambiant. L'invention sera decrite ci-après de manière plus détaillée en référence à la figure unique annexée qui représente schématiquement, à titre d'il lus- tration, mais non de limitation, un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Un mélange d'oxygène et d'air est introduit, au moyen d'un conduit d'admission 14 et par l'intermédiaire d'un système d'admission, dans une cuve de fermentation 1, ce mélange gazeux etant ensuite partiellement dissous dans une masse réactionnelle et consommé par des micro-organismes. Les gaz residuels formés au cours de la réaction sont évacués de la cuve 1 au moyen du conduit d'évacuation 13. Ce conduit 13 est pourvu d'un commutateur de valeur de seuil et d'une sonde d'oxygène correspondante, comme indiqué en 6. D'autres sondes d'oxygène 3, 4, appelées, comme la première (6), à mesurer la teneur en oxygène, sont disposées en différents noints à l'int6- rieur de la cuve de fermentation. La mesure de la teneur en oxygène, ou concentration d'oxygène, dans cette cuve nécessite la présence d'un dispositif 15, générateur de valeur moyenne, qui détermine une valeur moyenne représentative de la concentration d'oxygene. Les données déterminantes pour le processus de fermentation et celles produites par le commutateur de valeur de seuil sont enregistrées par un circuit de réglage 5 et comparées aux valeurs nominales produites par un générateur 7 approprié.Lorsque la différence entre les signaux correspondant aux valeurs mesurées et la valeur nominale prédéterminée dépasse les limites d'une plage de tolérance donnée, le débit des gaz amenés vers la cuve est modifié en consequence. A cet effet, le dispositif de fermentation comporte des conduits séparés d'admission d'air (16) et d'oxygène (17) pourvu chacun d'un débitmètre 10, 11 et, en aval du débitmètre, d'un organe de réglage 19, 20 associe chacun à des moyens de commande indiqués en 8 et 9, respectivement. En aval des organes de réglage 19, 20 - en référence à la direction de ltecoulement des gaz amenes vers la cuve de fermentation - les deux conduits d'admission 16, 17 sont reliés au conduit d'admission 14.Lorsque l'oxygène est fourni par des reservoirs d'oxygène sous pression, on prévoit un réducteur de pression 18 dans le conduit 17. Selon l'invention, l'alimentation en oxygène de la cuve de fermentation est réglée par deux ensembles de réglage: I.- Un des ensembles de reglage comporte une sonde d'oxygene 6 associée à un commutateur de valeur de seuil, le générateur de valeur nominale 7, le circuit de réglage 5, les organes de réglage 19, 20 et les moyens de commande 8, 9 associés. II.- L'autre ensemble de reglage comprend les sondes d'oxygène 3, 4 disposées dans la cuve de fermentation 1, le générateur de valeur moyenne 15, le générateur de valeur nominale 7, le circuit de réglage 5 et les organes de réglage 19,-20 ainsi que les moyens de commande 8,9 associes à ceux-ci L'alimentation en gaz de la cuve peut être réglée par l'ensemble de réglage I ou par l'ensemble de réglage II ci-dessus. Les valeurs de mesure nécessaires pour produire les signaux de réglage sont relevées a cet effet, soit par les sondes d'oxygène 3, 4, soit par la sonde d'oxygene 6 associée à un commutateur de valeur de seuil, comme indiqué ci-dessus.Le débit de gaz introduits dans la cuve de fermentation est corrigé par une ouverture ou fermeture des organes de réglage 19,20 commandés par les moyens de commande 8 9, en Fonction des signaux de réglage que ceux-ci reçoivent du circuit de régalage 5, de manière à ajuster de manière convenable le rapport air/oxygène et/ou les débits de ces gaz. Un dispositif selon l'invention comporte, en outre, un conduit d'admission supplémentaire 24 branché en parallèle avec le conduit d'admission principal 17; ce conduit 24 est dérivé, en 26, du conduit 17 et est relié de nouveau, en 23, à ce conduit 17. Ce conduit d'admission supplémentaire 24 comporte une valve magnétique 22 disposée en aval d'un débitmètre 25. La figure annexée ne montre, pour des raisons de simplification, qu'un seul conduit d'admission supplémentaire 24. Il -convient toutefois de noter que le dispositif selon l'invention peut comporter d'autres conduits supplémentaires d'admission d'oxygene, et également d'autres conduits supplémentaires d'admission d'air. En cas de défaillance du système d'alimentation en air, par exemple, le débit d'oxygene dans le conduit 17 augmente. Lorsque le débitmètre 11 indique que le debit maximun est atteint, le circuit de réglage 21 ouvre automatiquement la valve magnétique 22 afin d'élargir la plage de réglage. Le débit principal d'oxygene est alors assuré par le conduit 24, cependant que le réglage-fin de l'alimentation en oxygène continue d'être assuré par l'organe de réglage 20 et le moteur 9. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés. Elle est susceptible de nombreuses modifications et autres variantes, accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s 'écarte de l'esprit de l'invention. RE-VENDICATIONS 1. Dispositif de fermentation aérobie dans une cuve de fermentation, comportant des moyens de contrôle et de réglage de la teneur en oxygène dans ladite cuve, ainsi qu'un conduit d'évacuation des gaz résiduels et des conduits d'admission d'air et d'oxygène, cependant qu'au moins une sonde d'oxygène est disposee dans ladite cuve, caractérisé en ce qu'il comporte une sonde d'oxygène supplémentaire disposée dans ledit conduit d'évacuation et associee à un commutateur de valeur de seuil. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de réglage relié à ladite sonde d'oxygène supplementaire et agencé de manière à reagir à la différence entre des signaux de mesure et un signal de valeur nominale produit par un générateur de valeur nominale réglable, ce circuit de réglage étant également relié à des moyens de commande d'organes de réglage disposés dans lesdits conduits d'admission d'air et d'oxygène. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux sondes d'oxygene disposées dans la cuve de fermentation et asso ciées à un générateur de valeur moyenne relie audit circuit de réglage. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte des débitmètres disposés sur les conduits d'admission précités, en amont desdits organes de réglage, en référence à la direction d'écoulement de l'air et/ou de l'oxygène. 5. Dispositif selon la revendication 4-, caractérise en ce qu'il comporte un circuit de réglage supplementaire permettant d'élargir la plage de réglage desdits organes de réglage, ce circuit de réglage supplémentaire étant relié, d'une part, aux débitmètres précités et, d'autre part, à des organes de regla- ge supplémentaires dont chacun est branche en parallèle sur un des conduits d'admission précités par l'intermédiaire d'un conduit d'admission supplementaire et un débitmètre supplémentaire. 6. Dispositif selon une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande sont constitués par des moteurs, cependant que lesdits organes de réglage sont constitués par des valves commandées par moteur. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que lesdits organes de réglage supplémentaires sont constitués par des valves magnétiques. 8. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il constitue une installation de fabrication de vinaigre par un procédé de fermentation par submersion ou de fermentation de surface du type où les bacteries sont ensemencées sur un support en milieu ambiant.