Brevet FR2495637A1 — publié le 19820611

La préseete invention se raporte à un procédé pour laproduction d'éthanol à partir de substrats fermen- tables en utilisant des souches choisies de la bactérie Zymomonas mobilis. Traditionnellement, les substrat fermentables comme les sucres simples sont fermentés pour produire de l'éthanol en utilisant des levures. On sait également que - certaines bactéries comprenant Zymomonas mobilis peuvent également fermenter des substrats appropriés. Les présents inventeurs ont révélé dans des demandesde brevet en Australie NO PE 2655/80 et PE 3561/80, les détails de certaines souches préférées de Zymomonas mobilis, qui montrent des taux supérieurs de productivité spécifique de l'téthanol et des niveaux supérieurs de tolérance de l'éthanol par rapport à d'autres souches connues de Zymomonas mobilis. Ces souches améliorées de Zymomonas mobilis peuvent être utilisées par des fermenteurs discontinus ou continus ou dans des fermenteurs semi- continus. Dans un fermenteur semi-continu, on effectue des retraits répétés du liquide surnageant contenant de l'éthanol et au moins une proportion de cellules bactérien- nes sont laissées dans2e fermenteur qui est alors rechargé d'une solution du substrat et le processus est répété. Dans des procédés en semi-continu, il est très souhaitable de retenirdans le fermenteur, autant de cellules bactériennes que cela est possible. Lestrésents inventeurs ont découvert que des souches floculeuses de Zymomonas mobilis pouvaient être développéesqui se déposaient rapidement dans le fermenteur, permettant de retirer une proportion élevée du liquide surnageant, tout en laissant une majorité des cellules dans le fermenteur. La présente invention concerne un procédé pour la production d'éthanol à partir d'un milieu contenant du glucose ou un autre carbohydrate fermentable par Zymomonas mobilis, qui consiste à mettre en culture, dans le milieu, d'une façon semi-continue, une souche floculeuse de Zymomonas mobilis, à laisser périodiquement les cellules floculeuses se déposer, à retirer le liquide surnageant contenant de l'éthanol et à introduire un milieu frais de fermentation dans le fermenteur. Les souches floculeuses offrent une techniuue rapide et de faible prix pour le dépôt de cellules de Zymomonas mobilis dans le fermenteur, ainsi quand le liquide surnageant contenant de l'éthanol est retire, les cellules sont retenues pour une plus ample fermenta- tion, Dans le cas présent, le terme " souche floculeuse" est destiné à signifier une souche de micro-organisme qtmfe naturellemMt des agrégats de cent cellules ou plus dans des conditions normales de croissance. L'utilisation d'une souche floculeuse présente l'avantage que la majorité des cellules sont maintenues pendant ces retraits répétés. D'autres avantages reposent dans le fait que les conditicns stériles sont facilement maintenues et qu'aucun équipement coûteux n'est requis pour la concentration des cellules à l'extérieur du fermenteur et pour le recclage des cellules. Comme la culture discontinue est couramment mise en prai- que dans l'industrie de la fermentation, il est probable qu'une culture semi-continue sera une option attrayante pour une amélioration du processus, et pourra se produire avant que des techniques de fermentation continue ne soient introduites. La souche préférée de Zymnomonas mobilis est une souche floculeuse ( ATCC 31822) dérivepar un programe de mutation et de sélection de la souche CP4 (ATCC 31821) décrite dans les demandes de brevet ci-dessus.Ce souche floculeuse (ATCC 31822) présente les caractéristiques avantageuse de CP4 (ATCC 31821), en termes de productivité d'éthanol et de tolérance tout en montrant de fortes caractéristiques floculeuses. Dans le procédé selon l'invention, une charge initiale du milieu de fermentation est inoculée des bactéries et le milieu est maintenu pour forcer les bactéries à se multiplier. Le milieu est doucement agité pour faire circuler les bactéries à travers le milieu. Ce cernier processus est aidé par le gaz carbonique qui se dégage pendant le processus de fermentation. Quand la fermentation est complétée et qu'il n' y a plus de gaz carbonique qui se dégage, l'agitateur est arrêté et on laisse les colonies de cellules floculeuses se déposer. Le liquide surnageant contenant l'éthanol est alors retiré et remplacé par une charge fraiche du milieu de fermentation. L'éthanol contenu dans le liquide surnageant retiré est récupéré par distillation ou une autre technique traditionnelle pour)a récupération de l'éthanol. Le liquide surnageant forme de préférence de à 90% du volume total du milieu de fermentation. Les carbohydrates préférés pour une utilisation comme substrats fermentables dans le milieu de culture comprennent, en plus du glucose, des sucres simples comme le fructose et le saccharose et des hydrolysats de cellulose ou amidon. Il faut reconnaître que toute souche de Zymomonas mobilis ne peut pas fermenter tous ces substrats et par conséquent;de tout substrat particulier, une souche appropriée peut être choisie. Résultats expérimentaux En utilisant une souche floculeuse de Zymomonas mobilis, ZM 401 (ATCC 31822), on a effectué une série de fermentations en semi-continu. Les résultats présentés représentent une combinaison d'un niveau relativement élevé d'éthanol ( 80g/l) avec une productivité volumétrique relativement élevée pour le fermenteur (50g/l/h). Cela peut être comparé à une concentration en éthanol de 80g/l et une productivité du fermenteur de 12g/l/h pour une levure floculeuse (Saccharomyces uvarum). Les conditions expérimentales pour la fermenta- tion semi-continue de Zymomonas mobilis étaient comme suit: Organisme: Zymomonas mobilis ZM 401 (ATCC 31O2 Milieu de croissance: 150g/l de glucose, 10g/l - d'extrait de levure (Ooiu) lg/l de (NH4)2S04, lg/l de KH2PO4,0,5g/A MgS04 7H20 Conditions de l'environnement:pH=5,0, t=30 C Volume de travail du fermenteur: 2 litres Fraction du volume de travail du fermenteur remplacéeà chaque opération semi-continue: 0,7 Les résultats de l'expérience qui illustrent à la lois que l'on a obtenu des niveaux relativement élevés d'êthanol et une productivité relativement élevée sont indiqués sur la figure 1 o le temps de culture en heures est indiqué sur l'axe des abscisses et o a indique glucose (g/l), b indique éthlol (g/l) et c indique biomasse (g/l). On a trouvé qu'il y avait entre 95% et 99% des cellules de Z. mobilis retenues dans le fermenteur après enlèvement du liquide surnageant. Un plus ample développement de la souche compor- tera le développement de mutants tolérants à ltéthanol, par exemple Zymomonas mobilis ZM 481 (ATCC 31823), qui sont également floculeux et cela conduira à d'autres améliora- tions du processus. les souches floculeuses peuvent être obtenues par mutation d'une souche existante de Z.mobilis par exemple par traitement avec de la nitrosoguanidine et sélection des souches mutantes montrant les allures les plus rapides de décantation ou de dépôt. REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'éthanol à partir d'un milieu contenant du glucose ou un autre carbohydrata fermentable par Zymomonas mobilis, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en culture dans le milieu, en mode semi- continu, une souche floculeuse de Zymomonas mobilis, à laisser périodiquement les cellules floculeuses se déposer, à retirer le liquide surnageant contenant de l'éthanol et à introduire un milieu frais de fermentation dans le fermenteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la souche de Zymomonas mobilis est ATCC 31822. 3. Procédé selon l'une que conque des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que le carbohydrate fermentable précité est choisi dans le groupe consistant en glucose, fructose, saccharose et autres sucres simples; hydrolysats de cellulose ou d'amidon; et leurs mélanges. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le liquide surnageant forme de 60 à 90 /0 du volume total du milieu de fermentation.