Brevet FR2450567A1 — publié le 19801003

la première phase de l'épuratiom des lactoséruas par récupéra- tion de protéines, formentation levurée et aquaculture, est un traitement particulier des lactosérums stockés. La méthode habituelle de stockage et conservation du lactosérum comprend une pasteurisation et un refroidissement frigorifique des tinés n suspendre au mieux 11 activité microbienne. L'invention permet d'obtenir un stockage de conservation satisfaisante avec des investissements et denses d'énergie nettement moindres. Le procédé consiste à mettre d'abord en mouvement le lactosérum stocké dans le récipient 1 ( Pl I/2 - Fig.1 )à laide d' une pompe 2, à impulseur de préférence, pour rendre en permanence la masse liauide homogène, puis à maintenir cette masse de lactosérum à un PH voisin de 3,0 à l'aide d'une pompe à acide 3 commandée par un électrode 4. Des essais de stockage à PK 3,2 ( sulfurique) et température ambiante ( voisine de 250 C) montrent que la flore microbienne et l'activité enzymatique sont comme paralysées pendant les trois premiers jours maintenant stables les qualités originelles du lac tosérvm. ensuite l'on constate quelques modifications mineures dans la composition du liquide mais elles n'apportent pas d'éments ge- nants pour le présent procédé d'épuration qui accepte des stokages de 10 jours et davantage sans doute ( les essais n'ont pas été poussés au delà ). Ce procédé est accessible à tous les ateliers de transformation de lactosérum chaque fois que l'on peut tolérer la présence d'un acide. deuxième phase : floculation des protéines du lactosérum. Dans les procédés connus de précipitation des protéines, le lac te sérum est le plus souvènt chauffé puis chambré au point isoé'ec- trique de moindre stabilité des protéines.1e chauffage s'effectue en général en deux temps, d'abord un échange de température entre le sérum chambré à température élevée et le sérum froid à déprotéiner pour le porter à 650C environ car au delà les protéines commencent à coller sur les parois de l'échangeur, puis un chauffage direct à la vapeur pour porter le sérum de 65 à 90/95 . Le procédé de floculation suivant ltinvention permet une économie d'énergie, une simplification du matériel mis en oeuvre tout en réunissent les conditions nécessaires à une bonne récupération de protéines. Acidifier le lactosérum stocké à un PH voisin de 3,0 a donné des qualités particulières aux protéines elles commencent bien à précipiter vers 65 C mains sous une forme particulièrement fine, non collante, si bien que les surfaces d'é- change de température peuvent être augmentées et permettre une meilmeure récupération de chaleur. Par exemple après 6 heures de fonctionnement à 5000 litres/heure voici les chiffres relevés sur un échangeur : température d1un lactosérum stocké à PH 3,2 : 200C , sa température de sortie de 1:' échangeur : 770C , à contre courant température du sérum venant du chambreur : 900C , sa température de sortie : 330C. Soit des écarts de 130C. Cette particularité permet un équipement de déprotéinisation simule : la vanne 5 ( PI I/2 - Fig 2 ) alimente une pompe 6 qui refoule le lactosérum stocké vers l'échangeur 7 et le charabreur 8.Une pompe de reprise 9 alimente l'échangeur à contre courant. Une dérivation vanne 10 sert à la lecture du PH sur une électrode 11 qui commande une injection d'ammoniaque 12 maintenant un PH voisin de 4,7 au lactosérum chambré. Un thermomètre 13 commande des injecteurs de vapeur 14 pour maintenir 9C/9:0C. Ces injecteurs ont une forme telle que la pression de vapeur y est utilisée au mieux pour concourir avec l'agitateur 15 au maintient d'une bonne homogénéité de la masse liquide, Deux débitmètres 16 et 17 guident l'opérateur. La séparation 18 du lactosérum en " lait protéique" et lactosérum dit" déprotéiné" s'effectue selon des méthodes cornues de décantation ou filtration ou centrifugatin. Le taux de récupération d'extrait sec protéique est bon comme le montre l'exemple suivant : un lactosérum dilué provenant d'une fabrication de caseine chlorhydrique ayant à l'entrée en stockage de conservation un extrait sec total de 43,5 gremmes par litre, a laissé après floculation 8,2 grammes de matière séche protéique. l'industrie peut utiliser ce procédé et cet équipement simplifiés chaque fois qu'une température de floculation des protéines à 90/950C est acceptée. Le fait d'avoir apporté de l'acide sulfurique comme agent de conservation, puis de l'ammoniaque pour l'ajustement du FH de flo- oulation a entrainé la formation, entr'autres dérivés. d'un sulfate d'ammonium qui contribuera à la nourriture azotée des levures lors de la phase suivante d'épuration. troisième phase : fermentation du lactose par culture de levu- res. La poursuite du procédé impose une séparation du lactose, agent d'asphyxie pour les cours d'eau. Enlever le lactose sous forme de produit sucré présente peu d' avantages car le sucre est abondant, bon marché, et les installations de production sont coùteuses en matériel et énergie. Par contre les protéines manquent et pouvoir transformer le lactose en cellules de levure riches en protéine est intéressant. Halheureusement les équipements actuels de fermentation n lactose-levure n exigent des volumes de lactosérum très importants pour faire face à ltamortissement des installations. Le procédé exposé ci-dessous tend à simplifier les matériels et la conduite de la fermentation afin d'en abaisser le seuil ae rentabilité et la rendre possible pour des volumes de lactosérum isolés, notamment acides ou dilués, qui ne trouvent pas d'utilisation. En s'inspirant du fermenteur " HEFRANCOIS-MARILLER -année 1952" et des connaissances divulguées sur les conditions de croissance des levures, un fermenteur en continu de type ouvert peut être défini ( P1 II/2 - fig 3 ) comme une enveloppe cylindrique verticale fermée à sa base par une demi-sphère par exemple, où un mélangeur 19 crée une pseudo émulsion gaz-liquide fermentescible dont le parcours peut être guidé par une cheminée 20. le fermenteur pilote construit à partir de ces éléments connus a permis de mettre au point un équipement industriel. L'énioncé de l'état actuel de la technique en matière de fer tentation sarait fort long, aussi l'exposé présent ne retiendra que les points particuliers au présent procédé. - première particularité : le lactosérum déprotéiné est mis en attente de fermentation dans un circuit de conservation identique à celui des lactosérums bruts ( PI I/2 - fig 1 ) afin d'empêcher les développements microbiens qui pourraient erister aux PH et température de sortie de déprotéinisation ( voisins de 4,7 et 350C ). Ce sont les acides phosphorique et nitrique qui sont choisis ici pour atteindre un PH voisin de 3,0 car leur introduction dans le lactosérum va donner naissance à des dérivés chimiques à la fois utiles à la fermentation, et à la végétation verte de la phase Qi- nsle de l'épuration. - durxième particularité : L'émulsion gas-liquide qui supposant des arrivées confluentes du gaz et du liquide à la même pression puis une détente, est réalisée dans le manieur 19 ( Pl II/2 Fig 4) c ractérisé par deux disques 21 et 22 de diamètres inégaux, parallèles, fixés ensemble par des entretoises 2t .Le disque inférieur 21, le plus -rand est percé de e etes circulaires 23 dont la sui-face est calculé pour que l'air surprassé y atteigne une vitesse suffisante pour créer l'émulsion air-sérum et établir dans la masse en fermentation un mouvement ascendant mapide dans la cheminée centrale 20 pormettant d'éviter l'emploi d'agitateurs mécaniduos. Le disque inférieur 21 est ouvert en son centre pour donner litre passage au tuyau d'qalimentation en lactosérum 25.Les diamètres de perçage du disque et celui du tuyau 25 étant inégaux pour que s'établisse entr'eux un courant de gaz favorisant une dispersion du liquide qui guidé par le disque supérieur plein est entrai- né par le courant de gaz s'échappant des fentes 23. - troisième particularité : le contre de niveau de la masse en fermentation qui est assuré par une vanne tout ou rien 26 asservie à un détecteur 27 surveillant un flotteur métallique placé à l'in- térieur du tube de niveau 28. - quatrième particularité : conduite du fermenteur. Le fil conducteur du procédé étant l'épuration d'un lactosérum c'est le chiffre de lactose résiduel qui en est l'élément directeur. I1 est fixé à 1 gramme/litre maximum et le fermenteur est immédiatement mis en circuit fermé en cas d'augmentation accidentelle. D'autres facteurs sont prédéterminés et fixes : le niveau de remplissage du fermenteur, le débit et la pre-ssion d'air. 'les seules variables sont: la complémentation azotée de bonne croissance des levures, le taux de biomasse et le PII. A partir de ces trois variables, liées entr'el- les une régulation simple peut conduire la fermentation. Quatrième phase : Utilisation de l'éffluent résiduel de fermen- tation - aquaculture. La séparation du lactosérum déprotéiné levure par filtration ou centrifugation donne une crème de levure destinée à l'alimentation humaine ou animale et un liquide essentiellement minéral qui grâce à des méthodes connues peut être le point de départ d'une aquaculture. En effet les éléments résiduels sucrés et protéiques peuvent nourrir des colonies bactiennes contribuant à 1' alimentation azotée d'un plancton végétal, base d'une chaine ali entaire conduisant vers les crustacés et les poissons. Cenclusion : Le procédé d'épuration des lactosérums qui vient entre décrit, amenant une simplification des méthodes connues pour le stockage de conservation, la floculation des protéines et la fer Invention levure, permet d abaisser le seuil de rentabilité des installations et rend possible la création de nouveaux ateliers de transformation. REVENDICATIOHS 1. Procédé et équipement d'épuration des lactoséruns doux, acides ou dilués qui/ sont séparés de leur masse protéique par floculation, de leur lactose par fermentation; l'efluent résiduel convenant bien à l'aquaculture, caractérisé par les aduitions chimiques successives entrainant les modifications de PH indispensables au déroulement du procédé et choisis pour étre à la fois nécessaires à l'operation en cours et utiles à la préparation du milieu pour la phase suivante. 2. Procédé et équipement selon la revendication 1, caractérisé par me acidification des lactosérums à un PH suffisamment bas pour pa ralyser l'activité microbienne à température ambiante. 3. Procédé et équipement selon la revendication 1, caractérisés par une déprotéinisation comprenant une acidification préalable à une neutralisation au point isoélectrique d'instabilité des proteines. 4. Procédé et équipement selon les revendications 2 et 3, caractérisés par l'emploi d'acide sulfurique comme agent de conservation jusqu'à un PH voisin de 3,0 et l'addition d'ammoniaque pour ramener le lactosérum à son PH de floculation voisin de 4,7 5. Procédé selon la revendication 1, comportant un délactosage par croissance de levures dans un fermenteur de type ouvert, caracté lis par un mélangeur gaz-liquide constitué de deux disques paralléles de diamètres différents, fixés ensemble par des entretoises où le gaz arrivant sous le disque le plus grand le franchit au travers d'orifices accélerant sa vitesse de passage, le liquide étant admis entre ce disque percé et le disque supérieur plein plus petit est entrainé par le courant de gaz. 6.Procédé selon la revendication 1, permettant d'obtenir un niveau constant de masse gaz-liquide dans un fermenteur à marche continue caractérisé par une vanne de vidange tout ou rien commandée par un détecteur surveillant un flotteur placé dans un tube de niveau. 7. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par un contrôle de marche continue d'un fermenteur à levures s'appuyant sur trois paramètres : PH, taux de biomasse et complémentation azotée de croissance des cellules ; les variations de PH en plus ou en moins déterminant la modification à apporter soit au taux de biomasse soit qu débit de complémentation.