Brevet FR2400329A1 — publié le 19790316

La présente invention concerne un procédé pour la préparation d'aliments du bétail et de solutions de sucres en hydrolysant par voie acide et en transformant par oxydation des ma tières brutes végétales. L'hydrolyse du bois, tels que du bois de hêtre, du bois de bouleau, du bois de peuplier, ainsi que des bagasses, des épis de mais, des coquilles de noix, de la substance médullaire des plantes, de la paille et d'autres matières brutes végétales, ainsi que des plantes annuelles1prend un essor croissant. Des produits de réaction solubles de l'hydrolyse des hémicelluloses contenues dans ces matières naturelles végétales, on peut obtenir par exemple le xylose et, de celui-ci, par réduction, l'alcool sacchariuegtest i xy-llte. On attribue au xylite des propriétés considérables ; c'est ainsi qu'il est efficace pour lutter contre les caries et qu'il peut être mis en oeuvre dans le diabète comme substance échangeuse de sucre .Sur les solutions aqueuses des produits de réaction de l'hydrolyse, qui contiennent principalement des pentoses et des hexoses, on peut faire pousser aussi des cellules de levures et obtenir ensuite les levures. Ces levures contiennent des protéines de valeur,propres a servir d'aliments pour l'homme et pour l'animal. Il est connu d'extraire après l'hydrolyse les sucres formés et de les cristalliser ou de les transformer en levures ou en alcools (E. Frank, H.G. Hirschberg, H.J. Pfeiffer, Hydrolyse pflanzlicher Rohstoffe, Technische Rundschau Sulzer, Cahier spécial "Achema 76", pages 43 à 54). I1 est en outre connu d'augmenter par oxydation et par hydrolyse de la matière végétale l'aptitude de celle-ci être assimilée par les ruminants (brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 3.939.286). On n'a pas réussi jusqu'ici, ou on n'y a réussi que dans des proportions tout a fait modestes, à appliquer a l'échelle industrielle les procédés-connus pour obtenir des sucres monosaccharidiques en solution . La raison essentielle en est que seules les hémicelluloses,contenues dans la matière brute a raison de 20 jusqu'à 35 * au maximum, peuvent être dissociées facilement par l'hydrolyse acide.En moyenne, 70 % de la matière vé gétale engagée devient donc un résidu d'hydrolyse. I1 n'a certes pas manqué de propositions pour valoriser ce résidu, par exemple d'en préparer des platelages de fibres ou simplement de le branler, mais aucune valorisation de ce résidu n'a réussi s'imposer jusqu'ici. Pour une combustion, la teneur élevée en humidité du résidu (allant jusqu'a 80 Si) est très gênante par exemple. Au procédé décrit au brevet des Etats-Unis d'Amérique précité, on utilise en revanche toute la matière végétale. Mais I'inconvénient est que les sucres monomères libérés lors de l'hydrolyse, qui pour la plupart sont des pentoses, restent dans le produit final. D'une part, les pentoses, en particulier le xylose, sont des produits de valeur dont l'utilisation comme aliments du bétail a peu de sens du point de vue économique. D'autre part, les pentoses sont des composés sensibles qui, dans des conditions d'hydrolyse, se transforment facilement en furfurol qui, à son tour, se condense seul ou avec des pentoses et donne des sous-produits indésirables de types résineux. L'invention pallie ces inconvénients en permettant d'obtenir, partir de matières brutes végétales, un aliment du bétail convenant particulièrement pour les ruminants qui ne contient aucun constituant nuisible ou diminuant la valeur fourragère,tout en permettant de récupérer de la matière végétale d'autres substances de valeur. Le procédé suivant l'invention est simple et économique et donne une utilisation a la matière végétale dont on dispose en grande quantité sous forme de résidus de l'agriculture et de la sylviculture et qui, jusqu'ici, était éliminée par des procédés peu économiques et néfastes a l'environnement, par exemple par combustion sur les surfaces destinées â l'agriculture. L'invention a donc également pour but de valoriser ces produits résiduaires. Le procédé suivant l'invention consiste a hydrolyser d'abord la matière brute végétale, le cas échéant après l'avoir fragmentée, par un acide sous une pression élevée, a une température supérieure a 100 C, puis a extraire les produits de l'hydrolyse solubles formés et les traiter séparément et enfin a transformer le résidu insoluble restant a l'aide de substances oxydantes, le cas échéant avec addition de catalyseurs. Suivant une variante, pendant et/ou après l'extraction des produits d'hydrolyse solubles on ajoute de la vapeur d'eau au résidu insoluble. On enlève ainsi du résidu insoluble les composés volatils, par exemple le furfurol , l'acide acétique et l'acide formique. On peut ensuite condenser les composés volatils de cette phase vapeur par un procédé en soi connu et les récupérer. Il-peut être bon de diminuer par essorage la teneur en humidité du résidu insoluble après l'extraction des produits d'hydrolyse solubles et/ou après la transformation a l'aide des substances oxydantes. Les avantages procurés par 1 'invention sont notamment que l'on peut obtenir du résidu insoluble du processus d'hydroly~ se de la cellolignine par transformation par oxydation, aliment a base d'hydrate de carbone convenant particulièrement pour les ruminants et dont la valeur fourragère est comparable a celle du fourrage de mais. Les avantages procurés par l'invention sont en outre que l'on peut obtenir, a coté d'un aliment du bétail a base d'hydrates de carbone convenant notamment pour l'alimentation des ruminants, d'autres substances supplémentaires a partir de la matière brute.végétale. Les sucres monomères obtenus par extraction après l'hydrolyse acide peuvent être transformés en xylose, lequel permet de passer au xylite par réduction. Une autre voie de valorisation des sucres obtenus par l'extraction est la préparation d'une levure par fermentation. Cette levure peut avantageusement être ajoutée, titre de constituant protéique à l'aliment de bétail a base d'hydrates de carbone obtenu par la transformation du résidu insoluble.Un autre avantage du procédé suivant l'invention tient en l'utilisation, d'une manière entiè- rement économique, de la matière brute végétale engagée. Lorsque l'on met en oeuvre des résidus de l'agriculture ou de la sylviculture, par exemple lorsqu'on utilise de la paille, de la bagasse, des épis de mais et autres comme matière brute végetale, on parvient en outre a éliminer ces résidus d'une manière qui n'est pas nuisible å l'environnement. Dans le procédé suivant l'invention, on enlève après l'hydrolyse les produits d'hydrolyse solubles par l'extraction. De la sorte, le résidu insoluble restant après la transformation par oxydation représente encore environ.70 % de la matière sèche de la matière brute végétale engagée. On aurait donc du s'attendre a ce que la valeur fourragère rapportée à la matière brute engagée diminue beaucoup, d'autant que, par l'extraction des produits d'hydrolyse solubles, on élimine principalement des hydrates de carbone.Lors de la transformation de matière brute végétale, par exemple de bagasse, comme décrit au brevet des Etats-Unis d' Amérique No. 3.939.286, on obtient un aliment du bétail qui, rapporté au mais, a une valeur fourragère de 55 60 %. C'est- -dire que pour une tonne de bagasse, on obtient une tonne d'aliments du bétail qui correspond a une quantité de 550 a 600 kg de mais. Lorsque l'on prépare un aliment du bétail par le procédé suivant l'invention, on n'obtientSå a' partir d'une tonne de bagasse, que 700 kg d'aliments du bétail.Mais celui-ci a une valeur fourragère surprenante qui est comprise entre 80 et 85 %, de sorte que, en mettant en oeuvre une tonne de bagasse, on obtient un aliment du bétail correspondant a 560 a 595 kg de mais, indépendamment de l'obtention de produits d'hydrolyse solubles qui peuvent être utilisés en outre avec profit. Lors de l'hydrolyse de matières brutes végétales, on ne peut éviter que des sous-produits indésirables, par exemple le furfurol , l'acide acétique et l'acide formique se forment. Suivant un perfectionnement du procédé suivant l'invention, on élimine ces substances par addition de vapeur d'eau pendant et/ou après l'extraction du produit d'hydrolyse soluble du résidu insoluble. Ceci a l'avantage que le furfurol , par exemple, ne peut pas former de produits de type résineux qui resteraient dans le résidu insoluble. Un autre avantage est que ces sousproduits, même s'ils ne sont présents qu'en de faibles quantités, peuvent être récupérés de la phase gazeuse par condensation. La diminution de la teneur en humidité du résidu insoluble par essorage, suivant une autre variante particulière du procédé suivant l'invention, permet de maintenir par exemple une concentration élevée en substances oxydantes lors de la transformation et d'économiser ainsi des produits chimiques. Un essorage de l'eau après la transformation abaisse par exemple les coûts d'un séchage thermique de l'aliment du bétail qui peut être éventuellement nécessaire. La figure unique du dessin annexé est un schéma illustrant l'invention. On imprègne la matière brute végétale éventuellement fragmentée et amenée par un conduit 1 dans un récipient 2 a l'aide d'acide dilué amené par un conduit 3, par exemple d'acide sulfurique a 2 %, et l'on soutire par un conduit 4 l'acide en excès. La matière brute végétale imprégnée passe du récipient 2 dans un récipient 5 tenant la pression dans lequel elle est hydrolysée, par exemple a 1350C pendant 30 minutes. On envoie le produit hydrolysé dans un autre récipient 6 où l'on extrait les produits d'hydrolyse solubles, principalement les pentoses et les hexoses, a l'aide d'un agent d'extraction amené par un conduit 7 qui, dans le cas le plus simple, est de l'eau ou une solution diluée de sucres provenant d'un stade d'extraction ultérieur.On soutire par un conduit 8 les produits d'hydrolyse (hydrolysats) dissous dans l'agent d'extraction et on les conduit a un traitement ultérieur. On peut aussi effectuer cette extraction suivant des étages multiples et a contre-courant. Pendant et/ou après l'extraction des produits d'hydrolyse dissous, on peut, suivant une variante particulière du procédé suivant l'invention, envoyer par un conduit 9 de la vapeur d'eau,qui peut être soutirée par un conduit 10 en même temps que les composés volatiles formés lors de l'hydrolyse et peut être ensuite envoyée a une unité de condensation. Suivant une autre variante du procédé suivant l'invention, on peut envoyer le résidu insoluble du récipient 6 a une installation 11 d'essorage.Celle-ci est constituée par exemple d'une presse a vis, grâce a laquelle l'eau 12 est exprimee du résidu insoluble. Celui-ci parvient alors dans le convertisseur 13, dans lequel il réagit avec des substances oxydantes ajoutes par un conduit 14. Ces substances oxydantes sont par exemple des solutions diluées d'eau oxygénée, d'acide nitrique, de peracides,mais ce peut être également des gaz, tels que de l'oxygène ou de l'air dont l'effet oxydant est accéléré par addition de sels de fer ou de sels d'autres métaux. Après la transformation on peut envoyer encore une fois l'aliment de bétail maintenant prêt a l'installation 15 d'essorage, l'eau étant évacuée par le conduit 16 On retire le produit final du processus en 17. A partir de bagasse servant de matière brute végétale, on obtient un aliment du bétail par le procédé suivant l'inven- tion et, par exemple après addition de protéines et d'autres constituants, on peut préparer un mélange alimentaire pour les boeufs. On compare ce mélange dans un essai d'alimentation de plusieurs boeufs a un mélange d'alimentation de même type, mais à base de maïs. On obtient une valeur fourragère de l'aliment du bétail préparé suivant l'invention représentant de 80 a 85 % de celle du maïs. D'autres essais, effectués a l'aide d'aliments du bétail obtenus suivant l'invention à partir de glumes d'avoines et de bois de bouleau servant de matières brutes végétales, donnent presque les mêmes nombres pour la valeur fourragère. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la préparation d'aliments du bétail et de solutions de sucres par hydrolyse acide et transformation par oxydation de matières brutes végétales, caractérisé en ce qu'il consiste d'abord a hydrolyser la matière brute végétale, le cas échéant après fragmentation, par de l'acide sous une pression élevée, d une température supérieure a 1000C, puis a extraire les produits d'hydrolyse solubles formés et a les traiter séparément, et enfin a transformer le résidu insoluble restant a l'aide de substances oxydantes, le cas échéant avec addition de catalyseurs. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à enlever les composés volatils formés lors de l'hydrolyse, par exemple le furfurol , l'acide acétique et l'acide formique, par addition de vapeur d'eau pendant et/ou après l'extraction des produits d'hydrolyse solubles du résidu insoluble. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste a diminuer par essorage la teneur en humidité du résidu insoluble après l'extraction des produits d'hydrolyse solubles et/ou après la transformation å l'aide des substances oxydantes.