Brevet FR2507496A1 — publié le 19821217

La présente invention concerne un appareil destiné notamment a l'hydrolyse et a la filtration du malt, en vue de la préparation d'une boisson telle que la bière, à la préparation d'enzymes et d'acides organiques tels que l'acide citrique ou analogue. L'invention vise également différentes utilisations de cet appareil. Dans le cas par exemple de la production de la bière, on effectue une hydrolyse du malt dans une solution aqueuse qui a pour effet d'extraire du malt, notamment le maltose. Après cette hydrolyse, on filtre le mélange. Les grains de malt hydrolysés recueillis, que l'on appelle drèches, sont utilisés pour réaliser un aliment pour le bétail. Le filtrat subit ensuite une fermentation en vue de la préparation de la bière. Dans les installations connues, les étapes dthydroly- se du malt et de filtration sont effectuées dans des appareils distincts. La filtration s'effectue par passage par gravité du mélange de malt et d'eau au travers d'une couche filtrante qui est ameublie par agitation periodique pour éviter le colmatage. Cette agitation présente l'inconvénient de nécessiter l'utilisation de moteurs d'entrainement des agitateurs d'assez forte puissance, ce qui rend l'opération coûteuse en énergie. Le but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient en réalisant un appareil qui permette d'effectuer avec un excellent rendement l'hydrolyse ou la filtration d'une dispersion aqueuse de malt, cet appareil étant dépourvu d'agitateur coûteux en énergie et pouvant être utilisé pour d'autres applications, telles que la préparation d'enzymes pectinolytiques et d'acides organiques tels que l'acide citrique ou l'acide acétique (vinaigre). L'appareil visé par l'invention, destiné notamment à l'hydrolyse ou à la filtration du malt, à la préparation d'enzymes et d'acides organiques, comprend un récipient comportant des parois filtrantes et des moyens pour introduire dans ce récipient la matière à filtrer et/ou à traiter. Suivant l'invention, cet appareil est caractérisé en ce qu'il comprend deux parois perforées sensiblement verticales, espacées l'une de l'autre et délimitant entre elles un volume de filtration sensiblement annulaire, ce dernier entourant une chambre centrale, une conduite débouchant dam la partie supérieure de ce volume de filtration pour introduire dans cette dernière la matière à traiter et/ou à filtrer, en ce que la paroi perforée extérieure est entourée par une série de compartiments superposés, séparés les uns des autres et communiquant avec le volume de filtration par les perforations ménagées sur la paroi extérieure de filtration, ces compartiments comportant des conduites de sortie reliées à une conduite commune d'extraction du filtrat, cette conduite commune comportant une dérivation pour recycler le filtrat dans la chambre centrale. Les deux parois perforées verticales permettent de réaliser un volume de filtration sensiblement annulaire au travers de laquelle circule radialement le mélange à traiter et/ou à filtrer. Cette circulation radiale (et non pas gravitationnel- le) permet d'ameublir en continu la couche filtrante comprise entre les deux parois perforées, ce qui évite le colmatage de la matière filtrante, et permet de réaliser une surface réactive optimale entre la matière filtrante set l'eau dans le cas, par exemple, d'une hydrolyse d'une t li- de par l'eau, et ces sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des agitateurs coûteux en énergie. Selon une version avantageuse de l'invention, la paroi perforée intérieure comporte une partie inférieure montée de façon coulissante dans la partie supérieure de cette paroi, des moyens étant prévus pour soulever cette partie inférieure, et le récipient comportant à sa partie inférieure des moyens pour vider le contenu du récipient. Cette disposition permet, en fin d'opération, de vider très rapidement et très efficacement le récipient. Selon une version préférée de l'invention, les conduites de sortie des compartiments superposés sont reliées à la conduite commune d'extraction par des vannes. En ouvrant ces vannes, il est possible de contrôler parfaitement la circulation radiale du liquide au travers de la couche filtrante comprise entre les deux parois verticales perforées. L'invention vise également différentes utilisations de l'appareil conforme à l'invention. L'utilisation principale de cet appareil est l'hydrolyse en continu du malt en suspension aqueuse dans l'eau, notamment en vue de la production de la bière ou autres boissons. Selon cette utilisation, on introduit le malt en suspension dans l'eau dans le récipient par la conduite qui débouche dans la partie supérieure du volume de filtration compris entre les deux parois perforées; les grains de malt sont ainsi retenus dans le volume de filtration et le liquide remplit la chambre centrale; on ouvre ensuite les vannes qui relient les conduites de sortie des compartiments superposés à la conduite d'extraction commune, on met en route la pompe, on fait passer ainsi le liquide radialement au travers des grains de malt remplissant le volume de filtration, on recycle l'hydrolysat obtenu dans la chambre centrale et on poursuit cette opération jusqu'à obtention d'une hydrolyse complète. Pour filtrer l'hydrolysat obtenu, on introduit dans le volume de filtration compris entre les deux parois perforées des grains de malt hydrolysés et séchés (drèches) et on fait circuler radialement au travers de ces grains l'hydrolysat à filtrer. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un appareil conforme à l'invention; la figure 2 est une vue en coupe suivant le plan II-II de la figure 1. Dans la réalisation des figures annexées, l'appareil conforme à l'invention, destiné notamment à l'hydrolyse ou a la filtration du malt en suspension dans l'eau, comprend un récipient 1 destiné à être mis sous une pression de 1 à 2 bars, présentant une paroi latérale extérieure cylindrique 2, un couvercle bombé 3 et un fond tronconique 4 rétreint vers le bas. Ce récipient 1 comporte en son intérieur, deux parois verticales 5,6 cylindriques et coaxiales présentant des perforations 7,8, constituées de préférence par des fentes verticales de largeur inférieure à 1 mm. Ces deux parois perforées 5,6 définissent entre elles un volume annulaire de filtration 9. La paroi perforée intérieure 6 entoure une chambre centrale 10. Dans la parite supérieure du volume de filtration 9, débouchent deux conduites 11 pour introduire dans ce volume le mélange de malt et d'eau a hydrolyser ou a filtrer. La paroi perforée extérieure 5 est entourée par une série de compartiments annulaires 12 superposés, séparés les uns des autres et communiquant avec le volume de filtration 9 par les perforations 7 de la paroi extérieure. Ces compartiments 12 comportent des conduites de sortie 13 reliées à une conduite commune d'extraction 14 du filtrat, au moyen de vannes 14a. Cette conduite d'extraction commune 14 comporte une dérivation 15 pour recycler l'hydrolysat ou le filtrat dans la chambre centrale 10 par la tubulure 16. La paroi perforée intérieure 6 comporte une partie inférieure 6a montée de façon coulissante dans la partie supérieure de la paroi 6. Cette partie inférieure 6a est fermée en haut par un couvercle 17 également perforé, auquel est attaché un câble 18 qui permet de soulever cette partie inférieure 6a. Le fond tronconique 4 du récipient I comporte un tuyau de vidange 19 de forte section qui débouche au centre de ce fond 4. Par ailleurs, la dérivation 15 pour recycler le filtrat dans la chambre centrale 10 comprend une pompe 20, des conduites 24 et 26 et éventuellement un échangeur 23. On voit d'autre part sur la figure 1, que la tubulure 16 qui relie la chambre centrale 10 a la dérivation 15 est flexible, pour que la partie inférieure 6a de la paroi perforée intérieure 6 puisse coulisser vers le haut. Dans le cas de l'hydrolyse du malt en suspension dans l'eau, on utilise l'appareil précité comme suit: On introduit le malt en suspension dans de l'eau dans le récipient 1, par les conduites 11 qui débouchent dans la partie supérieure du volume de filtration 9 compris entre les deux parois perforées 5,6,6a. Les grains de malt sont retenus dans le volume de filtration 9 et un liquide aqueux trouble, rempit la chambre oentzie 10 (vor flech F). On m le reciact' 1 sous pren. On ouvre ensuite les vannes 14a qui relient les conduites de sortie 13 des compartiments superposés 12 à la conduite d'extraction commune 14, et on met la pompe 20 en route. On fait passer ainsi le liquide trouble radialement au travers des grains de malt qui remplissent le volume de filtration 9 (voir flèches F1). Cette circulation radiale régulièrement répartie sur toute la hauteur de la couche filtrante constituée par les grains de malt, permet d'obtenir un excellent échange réactionnel entre le malt et l'eau, particulièrement favorable à l'hydrolyse. Lors de cette hydrolyse, on extrait du malt par diffusion aqueuse, le maltose et autres substances protéiniques et/ou enzymàtiques contenues dans le malt. L'hydrolysat circule ensuite dans la conduite d'extraction commune 14, est recyclé en continu dans la chambre centrale 10 par la tubulure flexible 16, puis est à nouveau passé au travers des grains de malt contenus dans le volume filtrant 9, en complétant la réaction d'hydrolyse. Lors du recyclage de l'hydrolysat, ce dernier traverse éventuellement un échangeur thermique 23 qui permet de maintenir le liquide à la température d'hydrolyse optimale. L'hydrolyse est poursuivieen continu, suivant le circuit de circulation décrit ci-dessus, jusqu'! l'obtention d'une hydrolyse complète du malt. L'appareil conforme à l'invention peut également être utilisé pour filtrer l'hydrolysat de malt obtenu notamment à la suite de l'opération précitée. A cet effet, on introduit dans le volume de filtration 9 compris entre les deux parois perforées 5,6 des grains de malt hydrolysés, séchés et broyés (constituant des drèches). On fait circuler ainsi radialement au travers de ces grains l'hydrolysat à filtrer. Cette circulation radiale permet de filtrer l'hydrolysat sans risque de colmatage de la couche de filtration constituée par les grains de malt, étant donné que ces derniers sont constamment écartés les uns des autres par le passage radial du liquide. En fin d'opération, on récupère le filtrat par la conduite de prélèvement 27. Le filtrat obtenu est parfaitement limpide. Ce filtrat peut être utilisé pour obtenir une boisson nutritive sans alcool, après addition par exemple d'acide nitrique et injection de CO2 (gaz carbonique). Ce filtrat peut également être fermenté pour obtenir de la bière. Après prélèvement du filtrat, on soulève la partie inférieure coulissante 6a de la paroi perforée intérieure. Les grains de malt transformés en drèches s'accumulent sur le fond 4 du récipient 1. Ces drèches sont chassées hors du récipient 1 par le tuyau de vidange 19, en envoyant de l'air comprimé par les conduites 14 qui débouchentdans le volume de filtration 9 par les conduites 13. L'ensemble de l'opération d'hydrolyse et de filtration dure à peine une heure à une heure et demie. L'appareil conforme à l'invention comporte de nombreuses autres utilisations. Cet appareil peut être utilisé également pour la fabrication d 'enzymes pectinolytiques. Dans cette utilisation, on introduit dans le volume de filtration 9 compris entre les deux parois perforées 5,6, une base friable constituée par exemple par des cosses de grains de céréales, ou toute autre matière granulaire appropriée pour le développement des enzymes pectinolytiques. On introduit ensuite par la conduite 16 de l'air sous une pression d'environ 0,3 MPa. On introduit également des spores destinées à inoculer la base friable. Cet air circule radialement au travers des particules de la base friable. I1 est avantageux d'envoyer l'air alternativement de l'extérieur vers l'intérieur, et de l'intérieur vers l'extérieur du volume de filtration 9. Cette circulation radiale permet d'éviter toute agglomération des particules de base friable et d'obtenir une excellente surface d'échange de l'air par rapport aux particules de la base friable, de sorte qu'on peut ainsi obtenir d'excellents rendements de production d'enzymes pectinolytiques. La stérilisation de l'appareil peut être réalisée simplement en envoyant de la vapeur d'eau dans les conduitesll. En fin d'opération, lorsque la concentration d'enzymes pectinolytiques désirée a été obtenue, on soulève la partie inférieure 6a de la paroi perforée intérieure 6, et on envoie de l'air sous pression dans les conduites 14 et 13 pour chasser la base friable a l'extérieur par la conduite de vidange 19. L'appareil conforme à l'invention peut également être utilisé pour produire en continu des acides organiques tels que l'acide citrique ou l'acide acétique (vinaigre) par fermentation aérobie d'une solution nutritive inoculée par un microorganisme approprié. Dans cette utilisation, on remplit le volume de filtration 9 par des anneaux de Rashig, en céramique, en verre, en métal ou analogue, on introduit dans les conduites 11 la solution nutritive, et on fait circuler en continu, et radialement au travers de cette solution et des anneaux de Rashig, de l'air. sous pression. Dans le cas de la production d'acide citrique, la solution nutritive utilisée est une solution sucrée inoculée par de l'Aspergillus Niger. Dans le cas de la production d'acide acétique, on utilise une solution d'alcool et un microorganisme approprié pour favoriser l'oxydation de l'alcool en acide acétique. Grâce à l'appareil conforme à l'invention, on obtient d'excellents rendements en acides organiques, du fait de la circulation radiale de l'air au travers de la solution nutritive et des anneaux de Rashig, qui permet de réaliser une diffusion homogène d'oxygène au sein de la solution dans des conditions très favorables pour la vitesse et le rendement de la fermentation. Pour éviter toute contamination bactérienne la solution est recyclée au travers d'un pasteuriseur 22 par les conduites 24 et 25. La vidange du récipient est réalisée comme précédemment, par soulèvement de la partie inférieure 6a de la paroi perforée 6 et injection d'air comprimé dans le récipient. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation et d'utilisation que l'on vient de décrire, et on peut apporter à ceux-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, l'appareil conforme à l'invention peut être utilisé dans toute application dans laquelle on réalise une réaction entre un liquide et un gaz dans un milieu de filtration ou de diffusion constitué par des particules solides. Dans certains cas, il est nécessaire de placer un extracteur 21 dans le circuit de recyclage, par exemple lorsqu'il s'agit d'extraire le houblon de l'hydrolysat de malt. REVENDICATIONS 1. Appareil destiné notamment à l'hydrolyse et à la filtration du malt en suspension dans l'eau, la préparation d'enzymes et d'acides organiques, comprenant un récipient (1) comportant des parois filtrantes (5,6) et des moyens pour introduire dans ce récipient la matière a filtrer et/ ou a traiter, caractérisé en ce que le récipient (1) comporte deux parois perforées (5,6) sensiblement verticales, espacées l'une de l'autre et délimitant entre elles un volume de filtration (9) sensiblement annulaire, ce volume entourant une chambre centrale (10), une conduite (11) débouchant dans la partie supérieure de ce volume de filtration (9) pour introduire dans cette dernière la matière à traiter et/ou à filtrer, en ce que la paroi perforée extérieure est entourée par une série de compartiments (12) superposés, séparés les uns des autres et communiquant avec le volume de filtration (9) par les perforations (7) ménagées sur la paroi filtrante extérieure (5), ces compartiments (12) comportant des conduites de sortie (13) reliées à une conduite commune (14) d'extraction du filtrat, cette conduite commune (14) comportant une dérivation (15) pour recycler le filtrat vers la chambre centrale (10). 2. Appareil conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi perforée intérieure (6) comporte une partie inférieure (6a) montée de façon coulissante dans la partie supérieure de cette paroi (6), des moyens (18) étant prévus pour soulever cette partie inférieure (6a) et en ce que le récipient (1) comporte à sa partie inférieure (4) des moyens (19) pour vider le contenu du récipient (1). 3. Appareil conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de vidange comprennent un tuyau de vidange (19) débouchant sensiblement au centre du fond (4) du récipient, ce fond étant rétreint vers le bas. 4. Appareil conforme a l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les conduites de sortie (13) des compartiments superposés (12) sont reliées à la conduite commune (14) d'extraction par des vannes (14a). 5. Appareil conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la dérivation (15) pour recycler le filtrat dans la chambre centrale (10) comporte une conduite flexible (16) reliée à un couvercle perforé (17) ménagé à la partie supérieure de la partie inférieure (6a), qui est montée de façon coulissante dans la paroi intérieure (6). 6. Utilisation de l'appareil conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, pour l'hydrolyse en continu du malt en suspension dans l'eau, en vue notamment de la fabrication de la bière, caractérisée en ce qu'on introduit le malt en suspension dans l'eau dans le récipient (1) par la conduite (11) qui débouche dans la partie supérieure du volume de filtration (9) compris entre les deux parois perforées (5,6), de façon que les grains de malt soient retenus dans le volume de filtration (9) et le liquide pénètre dans la chambre centrale (10), on ouvre ensuite les vannes (14a) qui relient les conduites de sortie (13) des compartiments superposés (12) à la conduite d'extraction commune (14), on met en route la pompe (20), on fait passer ainsi le liquide radialement au travers des grains de malt remplissant le volume de filtration (9), on recycle l'hydrolysat obtenu dans la chambre centrale (10) et on poursuit cette opération jusqu'à l'obtention d'une hydrolyse complète du malt. 7. Utilisation de l'appareil conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, pour la filtration d'un hydrolysat de malt obtenu notamment selon l'utilisation conforme à la revendication 6, caractérisée en ce qu'on introduit dans le volume de filtration (9) compris entre les deux parois perforées (5,6) des grains de malt hydrolysés et séchés et on fait circuler radialement au travers de ces grains l'hydrolysat à filtrer. 8. Utilisation conforme à l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce qu'en fin d'opération, on soulève la partie inférieure coulissante (6a) de la paroi filtrante intérieure (6) pour accumuler les grains de malt transformés en drèches à la partie inférieure (4) du récipient, et on envoie de l'air comprimé dans la conduite (14) qui débouche dans le volume de filtration (9) par les conduites (13). 9. Utilisation de l'appreil conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, pour la fabrication d'enzymes pectinolytiques, caractérisée en ce qu'on introduit dans le volume de filtration (9) compris entre les deux parois perforées (5,6) des particules d'une base friable préalablement stérilisée, appropriée pour le développement des enzymes, on introduit dans la conduite (16) qui débouche dans la partie supérieure de la chambre centrale (10) de l'air sous pression chargé de spores destinées à inoculer la base friable, et on fait circuler cet air au travers de la base friable jusqu'à l'obtention de la concentration désirée d'enzymes pectinolytiques. 10. Utilisation conforme à la revendication 9, caractérisée en ce que la base friable est stérilisée, en introduisant de la vapeur d'eau dans la conduite (11). 11. Utilisation conforme à l'une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisée en ce qu'en début d'opération on introduit de l'air sous une pression d'environ 0,3 MPa. 12. Utilisation de l'appareil conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, pour la production en continu d'acides organiques, par fermentation aérobie d'une solution nutritive inoculée par un microorganisme approprié, caractérisée en ce qu'on remplit le volume de filtration (9) par des anneaux de Rashig, on introduit dans la conduite (11) débouchant dans la partie supérieure de ce volume, la solution nutritive et on fait circuler en continu et radialement au travers de cette solution et des anneaux de Rashig, de l'air sous pression. 13. Utilisation conforme à la revendication 12, en vue de la production d'acide citrique, caractérisée en ce que la solution nutritive utilisée est une solution sucrée inoculée par de l'Aspergillus Niger.