Brevet FR2427059A1 — publié le 19791228

La présente invention concerne un procédé pour le traitement de matières fibreuses cellulosiques naturelles en vue de leur transformation en un mélange d'aliments volumineux, c ont e- nant une protéine digeste d'origine microbienne. Une cellulose, préparée au moyen de micro-organismes appropriés, hydrolyse des polysaccharides, en tarticulier la cellulose contenue dans la matière fibreuse à traiter, et les dissocie en monosaccharides. Dans ces conditions, le processus de dissociation de la cellulose par fermentation doit être effectué de manière à conserver la structure fibreuse des matières à traiter. Après addition de substances nutritives azotées et d'autres nutriments minéraux, les monosaccbarides ainsi obtenus servent à des synthèses microbiennes au moyen de micro-organismes utilisés couramment pour la fabrication de levures alimentaires à partir de solutions de sucre. A la suite de la consommation des monosaccharides dissous la suspension qui contient des cellules multipliées du microorganisme utilisé et des résidus de la matière fibreuse de départ est traitée dans une installation de filtration continue; les fibres y forment une couche filtrante sur laquelle sont retenus les micro-organismes multipliés contenant les protides digestes.La bande continue de fibres ainsi formée est déshydratée par séchage et la matière obtenue, contenant approximativement 20 % de protides et 70 % de matières fibreuses, avec une teneur en matières sèches de 90 à 93 %, est utilisée comme aliment volumineux pour l'engraissement d'animaux de rapport, en particulier du bétail. matière Dremière de base Comme on le sait, la quantité des vieux papiers et cartons, ainsi que des produits qui en dérivent, augmente parallèlement à la croissance de la consommation. Des études- sur la structure de consommation de ces produits ont montré que la consommation dite sans récupération possible (ctest-à-dire par exemple le papier consommé dans l'industrie électrotechnique, le papier de toilette) n'entre dans la consonmation totale que pour une part d'environ 10 %, tandis que le reste aboutit aux déchets. La collecte de déchets de vieux papier est organisée à l'échelle des pouvoirs publics, en particulier aux endroits où on les trouve en grandes quantités (par exemple les emballages de transport et de cormercialisation, les papiers mis au rebut par les i:-lprimeries, etc.), tandis que les papiers-de déchets ménagers ne constituent qu'une petite fraction de la quantité totale de la collecte. Les déchets de vieux papiers de ramassage sont utiliser bles dans l'industrie du papier comme matière première secondaire, mais leur utilisation est limitée par la capacité et la structure de l'industrie papetière. Une quantité considérable de déchets de vieux papiers reste inutilisée et pose des problèmes épineux dru point de vue de la protection de l'environnement. Les vieux papiers se composent essentiellement de fibres cellulosiques ou d'un mélange de fibres cellulosiques et de lignine avec de faibles additions de charges, de matières d'encollage et d'autres ingrédients qui peuvent être séparés de la matière fibreuse par des procédés appropriés et bien connus. les fibres ainsi isolées deviennent alors, d'après l'invention, une matière première appropriée pour la fabrication industrielle d'alimentes celluloso-protidiqies. Par ailleurs, on peut utiliser, pour la fabrication de l'aliment celluloso-protidique selon l'invention, différents déchets fibreux provenant de fabriques de cellulose et de papier (par exemple des fibres cellulosiques éliminées au tri, des déchets fibreux recueillis dans des installations de traitement des eaux usées, etc.), divers déchets de fibres naturelles (coton, lin, chanvre, jute, etc.), ainsi que des déchets de fibres textiles à base de laine artificielle et enfin tous les genres de matières cellulosiques naturelles. Procédé de fabrication Conviennent, pour la préparation de l'aliment cellulosoprotidique de l'invention, toutes les sortes de déchets de papier, c'est-à-dire non seulement les déchets industriels et ménagers que lton utilise couramment comme matière première secondaire pour la fabrication de papier, mais aussi les vieux papiers provenant du triage des déchets et ordures communaux et non utilisables dans l'industrie du papier. Les vieux papiers sont tout d'abord effilochés dans 11 eau chaude pour former une suspension aqueuse, puis tous les additifs étrangers de nature minérale ou organique sont séparés de la suspension en une opération de tri. L'effilochage et le tri ou nettoyage sont effectués en majeure partie dans les installations que I' on trouve couramment dans l'industrie du papier. La suspension de fibres débarrassée d'impuretés solides est alors concentrée jusqu'à une teneur en matières sèches de 20 à 50 ffi dans une installation de séchage du papier, la couche de fibres étant lavée à fond avec de l'eau chaude pure pendant cette opération. Dans le cas de déchets de papier particulièrement sales (par exemple des déchets provenant des ordures urbaines), la matière fibreuse concentrée est diluée une fois encore avec de l'eau de lavage, la suspension est soumise à une seconde opération de nettoyage (tri) et après avoir été ainsi nettoyée, elle est concentrée de nouveau jusqu'à une teneur en matières sèches de 20 à 50 %. Le mélange de fibres concentré et débarrassé d'additifs étrangers est versé dans un réacteur de fermentation où il est mélangé sous agitation énergique avec une solution aqueuse de cellulose, pour former une suspension ayant une teneur en matières sèches d'environ 10 %. De la cellulase est cultivée parallèlement dans un appareil de fermentation par culture immergée de micro-organismes; ceux-ci produisent en tant que métabolite un système de cellulases (par exemple Trichoderma viride). Dans le réacteur de fermentation, on maintient - selon les besoins physiologiques du micro-organisme - une température constante de 20 à 60oC par exemple, qui est optimale pour la dissociation- par fermentation de polysaccharides en monosaccharides et notamment de cellulose en glucose Le processus de dissociatin par fermentation est réglé, au moyen de la durée de l'hydrolyse, de la température et de la concentration d'enzyme dans le réacteur, de manière à éviter une destruction complète de la structure fibreuse de la suspension. À la fin de la dissociation par fermentation, la suspension qui contient des fibres cellulosiques partiellement détruites dans la solution de - glucose et de cellulose non consommée est concentrée dans une installation de filtration rotative et le filtrat obtenu, contenant l'enzyme non consommé, est ramené en amont du réacteur de fermentation pour être utilisé dans le tri de la suspens ion de fibres. La matière fibreuse, qui contient une solution de glucose en dehors des fibres cellulosiques partiellement détruites, est alors soumise à un traitement de pré-fermentation qu consiste en une dilution avec de l'eau à une concentration de glucose optimale dans la solution pour le processus de synthèse biologique des protéines. La concentration de glucose dépend du type du micro-organisme que l'on utilisera pour la synthèse- biologique des protéines. Sn outre, il convient d'ajouter à la suspension certains nutriments nécessaires pour la synthèse des protéines (azote, anhydride d'acide phosphorique, potassium, etc.) et de régler le pH à une valeur qui convient pour la fermentation, au moyen d'ammoniac et d'acide phosphorique. Pour la fermentation du substrat fibreux hydrolysable enzymatiquement, on peut utiliser n 'importe quelle souche produisant des protides, -notamment des cultures classiques de Candida utilis, Candida arborea ou, de préférence, des types du genre mycélium comme Oldium lactis. On peut parvenir à un procédé mieux praticable sur le plan technologique en faisant appel à des cultures à cellules relativement grosses, comme par exemple Cryptococcus diffluens, ou à des micro-organismes produisant un mycélium, comme Oldium lactis précité, Paecilomvces varioti, etc. Le processus de fermentation proprement dit sera mené dans des appareils de fermentation de n'importe quel genre, l'intensité d'aération, assurant le transfert d'oxygène, étant réglée d'après la teneur en monosaccharides, ctest-à-dire de glucose en particulier, dans la suspension à soumettre à la fermentation. le rendement de matières sèches de la biomasse, avec environ 50 ffi de protéines brutes, oscille autour de 50 %, ourla base du glucose consonmé. la biosynthèse de 1 kg de biomasse exige 1 kg de 02. ,n conséquence, le système d'aération doit être éganement choisi en fonction de la concentration de glucose réglée dans la suspension à traiter.La fermentation peut entre effectuée de façon discontinue, semi-continue ou continue. Le processus de fermentation de la synthèse biologique s'achève avec la consommation du glucose et d'autres substances organiques de faible poids moléculaire, assimilables par la culture utilisée de micro-organismes. La suspens ion, contenant les fibres de vieux papiers partiellement détruites et les cellules multipliées du microorganisme utilisé, est alors extraite par pompage de l'appareil de fermentation et envoyée dans une installation de déshydratation et de séchage. D'après une variante, on peut utiliser, comme installation de déshydratation et de séchage, un système utilisé couramment dans des fabriques de cellulose pour la déshydratation et le séchage de cellulose, comme par exemple des installations de déshydratation à crible plat ou cylindrique ou à 2 ou 3 pressea à cylindres, à partir desquelles on obtient une bande continue de fibres feutrées ayant une teneur en matières sèches de 45 i 50 %. 3n cas de filtration sur crible plan ou cylindrique, il est produit directement, lors du passage sur le crible, une couche fibreuse de filtration qui est suffisamment dense pour retenir une forte majorité de cellules multipliées du microorganisme. Une petite quantité de cellules qui parvient dans le filtrat aux premiers instants du passage de la matière sur le crible, avant que la couche filtrante ne se soit formée, n'est toutefois pas perdue, car le filtrat recueilli au-dessous du crible, de même que le liquide exprimé, est ramené en totalité en amont de la fermentation pour servir à la dilution de la suspension. La bande continue de fibres traitée par filtration et contenant 40 à 50 % de matières sèches est alors séchée sur des cylindres chauffés par la vapeur ou dans un tunnel de séchage à air chaud. Selon une variante, elle est fragmentée en flocons dans une tachine du type loup; les flocons sont transportés dans un séchoir à air chaud du type cyclone, au moyen d'un ventilateur. Dans le cas du séchage sur des cylindres ou dans un tum- nel de séchage, on obtient une bande continue cohérente de fibres ayant une teneur en matières sèches de 90 à 93 % et un poids par unité de surface de 400 g/m , bande qui peut être fragmentée ultérieurement, dans une machine du type loup, en flocons ayant la grosseur qui convient powr etre incorporés dans des mélanges d'aliments. Conviennent, pour la déshydratation et le séchage des mélanges de fibres cellulosiques et de cellules du microorganisme utilisé, les installations de déshydratation et de séchage servant dans les fabriques de cellulose et - après quelques adaptations - des machines à papier et à carton qui sont disponibles dans de petites entreprises de fabrication de cellulose et de papier qui sont encore exploitables mais ont dA fermer leurs portes dans le contexte de l'intensification et de la modernisation de l'industrie de la cellulose et du papier. Les flocons d'aliment celluloso-protidique ainsi fabriqué contiennent - selon le type de vieux papiers et le degré de dissociation par fermentation : 20 à 30 % de protéines 50 à 70 % de fractions fibreuses (cellulose, hémicellulose, résidus de lignine) et 10 % environ de substances minérales. Il s'agit donc d'un aliment d'addition pour des mélanges alimentaires, riche en protéines digestes et présentant en même temps le caractère d'un aliment végétal volumineux contenant de la cellulose facile à digérer. Avec le procédé de l'invention, il n'est produit pratiquement pas d'eaux usées contenant des substances azotées, car le système de fermentation et de déshydratation fonctionne rigoureusement en régime de recyclage, Le degré de pollution des eaux usées qui ne sont produites que dans la première phase de traitement et de nettoyage des fibres dépend du degré de souillure des déchets de papier utilisés. Les eaux usées provenant de cette phase sont traitées dans des installations d'épuration biologique des eaux. En dehors des vieux papier de ramassage, on peut traiter aussi par ce procédé d'autres matières végétales fibreuses, cellulosiques ou agricoles, aetan ce qui a été indiqué précédemment (par exemple de la paille de céréales). bu égard au caractère et aux conditions de la filtration de la suspension de fibres - qui remplace ici, d'après l'invention, une opération compliquée et coûteuse de centrifugation des cellules de microorganismes - il est à conseiller de n'ajouter de préférence aux vieux papiers les matières végétales naturelles que dans des proportions qui n' entravent pas la fonction de filtration des fibres de pite à papier. I1 existe d'ailleurs la possibilité de traiter des matières agricoles, comme la paille de céréales, dans une installation séparée et de n'envoyer que la suspension de paille fermentée en vue de sa filtration commune avec la suspension de vieux papiers - X Bla manière d'un afflux secondaire - c'est-à- dire sur la couche de fibres formée, composée de fibres de pâte à papier. REVENDICATIONS 1. Procédé pour l'utilisation de vieux papiers et d'autres matières fibreuses de rebut contenant des polysaccharides par hydrolyse par fermentation, caractérisé en ce que la matière traitée sous forme de suspension ayant une concentration de 1 à 30 % est mélangée avec une solution d'enzyme et est hydrolysée, sous agitation continue, à une température de 20 à 70 C, pendant le temps qui convient d'après L'étau physique de la suspena et d'après la valeur nutritive des préparations voulues. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres contenues dans la suspension qui est formée de fibres partiellement détruites et de cellules multipliées du microorganisme utilisé constituent, sur le crible d'une installation de déshydratation, une couche filtrante qui retient les cellules de micro-organisme.