Brevet FR2503736A2 — publié le 19821015

FR 2503736 A2 19821015 FR 8107208 A 19810410 On a décrit dans le brevet principal un procédé et une installation pour la fabrication par fermentation aérobie de métabolites et en particulier d'acide citrique. Selon ce procédé on insuffle continuellement dans le fermenteur de l'air stérile à une pression suffisante pour faire circuler la solution dans le fermenteur, selon un circuit fermé qui affecte sensiblement 11 ensemble du volume du fermenteur. Grâce à cette circulation d'air, la solution contenue dans le fermenteur est brassée d'une manière efficace. L'utilisation de pales de brassage entratnées mécaniquement devient ainsi inutile et on évite tout risque d'infection de la solution dueà l'emploi de tels moyens due brassage. De plus, une telle circulation d'air est particulièrement favorable à l'égard de l'activité du mycélium, ce dernier n'ayant tendance ni à se rassembler ni à dégénérer, même après une période relativement longue d'utilisation. Selon une version préférée de ce procédé, on insuffle l'air au travers de moyens teX qu'un lit de billes, qui permettent une dispersion de l'air sous forme de fines bulles au sein de la solution fermentescible. Cette dispersion d'air sous forme de fines bulles contribue à augmenter la vitesse et le rendement de la réaction de fermentation, tout en étant favorable à la longévité du mycélium. Le but de la présente addition est de décrire les conditions optimales pour la mise en oeuvre du procédé précité, appliqué spécifiquement à la production de l'acide citrique. Selon l'une des caractéristiques importantes de cette addition, la solution sucrée introduite dans le fermenteur renferme entre 10 et 15% de sucre et moins de 0,5% d'un mélange de sels comprenant du NH4N03, du MUS04 et du KH2P04. Selon une autre caractéristique essentielle de l'addition, on ajoute à la solution sucrée 15 à 20 g par litre d'inoculum d'Aspergillus Niger âgé de 28 à 32 heures environ, dispersé dans une solution aqueuse à pH compris entre 3 et 4. Selon une caractéristique avantageuse de l'addition, dans une première phase de mise en oeuvre du procédé, dont la durée est comprise entre 2 et 3 jours, les conditions suivantes sont maintenues: - pH de la solution sucrée: 2,5 à 3 - température de la solution sucrée: 300C t 100 - débit d'air insufflé dans la solution sucrée: environ 02à 0,5 1 d'air par litre de solution et par minute - pression d'air: environ 1,5 par - concentration de la solution en oxygène dissous: environ 4 mg par litre. Selon une caractéristique ppéféeae l'addition, dans une seconde phase de mise en oeuvre du procédé dont la durée est comprise entre Il et 6 jours, les conditions suivantes sont maintenues: - pH de la solution sucrée: 1,8 à 2,5 - température de la solution sucrée: 320C t 100 débit d'air insufflé dans la solution sucrée: 0,5 âO,7litre d'air par litre de solution par minute - pression d'air: environ 1,5 à 3 bars - concentration de la solution en oxygène dissous: 7 à 9 mg par litre. Selon une autre caractéristique de l'addition, après la seconde phase, lorsque la concentration en sucre de la solution est inférieure à 0,5% environ mais supérieure à 0,1%, on soutire périodiquement 15 à 20% du volume total de la solution, on remplace après chaque soutirage le volume de solution ainsi soutiré par un volume identique de solution sucrée, de façon à obtenir une concentration de sucre comprise 4 et 5 % (quantité que le fermenteur peut transformer en un jour) et on maintient les conditions opératoires de la seconde phase. Lorsque le procédé selon 11 addition est mis en oeuvre, en respectant les conditions optimales précitées, il est possible d'améliorer de 50 à 100% le rendement de la production en acide citrique par rapport aux procédés classiques. D'autres particularités et avantages de l'addi tion apparattront encore dans la description ci-après. La figure unique annexée, donnée à titre d'exemple non limitatif, est une vue schématique en coupe longitudinale d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'addition. L'installation représentée sur la figure annexée a été décrite en détail dans le brevet principal. Les références numériques sont identiques à celles représentées dans le brevet principal et elles désignent les mêmes parties de l'installation. Après stérilisation de l'installation, en procédant comme décrit dans le brevet principal, on i ntroduit dans le fermenteur t par le doseur 19, la tubulure 20 et la conduite 8 une solution aqueuse renfermant entre 10 et 15% en poids de sucre (saccharose). Cette solution renferme en outre moins de 0,5% d'un mélange de sels comprenant du NH4N03, du MgS04 et du KH2P04. Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque la composition de la solution sucrée est la suivante: - sucre: 15% - NH4N02: 0,2% - MgS04 : 0,02% - KH2P04: 0,02% La solution sucrée est également additionnée de spores d'Aspergilllus Niger à une dose telle que la concentration de la solution sucrée en inoculum soit comprise entre 15 et 20 g par litre. Ces spores âgés de 28 à 32 heures environ sont ajoutés à la solution sucrée, sous forme d'une dispersion aqueuse d'eau à pH compris entre 3 et 4. L'addition de cette dispersion aqueuse représente environ 5% du volume total de la solution sucrée. Ces conditions étant réalisées, on procède à la première phase de production d'acide citrique, en insufflant de l'air stérile par la conduite 8 au travers du lit 9 de billes situé au bas du compartiment 3 du fermenteur. Dans cette première phase on maintient les conditions suivantes: - pH de la solution sucrée: 2,5 à 3 - température de la solution sucrée: 300C + 10C - débit d'air insufflé dans la solution sucrée: environ 02â 0,5 1 d'air par litre de solution et par minute - pression d'air: environ 1,5 bar - concentration de la solution en oxygène dissous (au dessus du lit de billes 9): environ 4 mg par litre. Les conditions précitées sont maintenues pendant une durée de 1' ordre de 2 jours à 3 jours. On procède ensuite à la seconde phase correspondant à la production proprement dite d'acide citrique. Dans cette seconde phase on maintient les conditions suivantes: - pH de la solution sucrée (a justé par addition d'acide sulfurique): 1,8 à 2,5 - température de la solution sucrée: 320C + 10C - débit d'air insufflé dans la solution: 0,5 à 0,7 1 d'air par litre de solution et par minute - pression d' air: 1,5 à 3 bars environ - concentration en oxygène dissous dans la solution: 7 à 9 mg par litre. Ces conditions sont maintenues pendant une durée comprise entre 4 et 6 jours, de préférence 5 jours. A la fin de cette phase, la solution renferme entre 11 et 12% en poids d'acide citrique. On soutire ensuite quotidiennement entre 15 et 25S du volume du liquide contenu dans le fermenteur, par la conduite 10 au travers du lit de billes 11 qui retient les souches d'Aspergillus Niger à l'intérieur du fermenteur. Ce soutirage est effectué périodiquement pendant 2 à 3 heures, lorsque la teneur en sucre de la solution est inférieure à 0,5S. Cette teneur ne doit cependant en aucun cas être inférieure à 0,1. Alternativement, une partie de la solution acide prélevée par la conduite 10 peut être recyclée vers le haut du fermenteur par la conduite 14. Ce recyclage est effectué lorsque la teneur en sucre de la solution atteint 2% environ. Dans les deux cas, après soutirage de la solution acide, on compense le volume soutiré par un apport de solution sucrée effectué en 20 minutes environ pour ajuster la teneur en sucre à l'intérieur du fermenteur à une valeur comprise entre 4 et 5% environ. Les conditions précitées (pH, température, débit et pression d'air) sont ensuite réajustées puis maintenues pendant une journée. Puis on procède à un nouveau soutirage. D'autre part, lorsque la quantité de souches est au-dessus de la normale, on procède à un recyclage d'une partie dé la solution contenue dans le fer menteur, par la conduite 17 au travers du pasteuriseur 13 et par la conduite 14. La pasteurisation effectuée à 80"C environ a pour but de permettre l'injection d'un inoculum frais. Cette opération dure environ 6 heures. Le circuit de recyclage suivant 10, 12, 13, 14, 15 est utilisé lorsque le fermenteur est susceptible d'être infecté. En 18a, on peut retirer de la solution non recyclée. Tant que l'Aspergillus Niger reste efficace, I'augmentation quotidienne de la production d'acide citrique est de 5 96 environ. Les conditions précitées peuvent être maintenues pendant 3 semaines environ. Lorsque l'augmentation quotidienne de la production d'acide citrique tombe à 3-4%, il est nécessaire d'ajouter à la solution contenue dans le fermenteur de l'inoculum frais d'Aspergillus Niger à raison de 0,025 à 0,5 % en volume, en maintenant toujours la concentration d'inoculum à 15-20 g par litre dans la solution. En procédant ainsi, on obtient une production sensiblement constante d'acide citrique pendant une durée de 2 mois environ. Le rendement global d'acide citrique est ainsi d'environ 90 96. L'acide citrique est séparé de la solution soutirée par précipitation à la chaux. Le filtrat obtenu est soit réutilisé pour réaliser une nouvelle solution sucrée, soit jeté, suivant la qualité de l'eau et des souches utilisées. Bien entendu, L'addition n'est pas limitée aux exemples que l'on vient de décrire et on peut apporter à ceux-ci de nombreuses modifications. Par ailleurs, la solution sucrée utilisée dans la mise en oeuvre du procédé peut être remplacée par une solution de mélasse, ce qui rend le procédé encore plus économique. Toutefois, les solutions de mélasse présentent toujours une teneur en fer trop importante. Il convient donc d'éliminer le fer de ces solutions par précipitation au moyen de ferrocyanure ou par passage dans une résine échangeuse d'ions. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication d'acide citrique conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8 du brevet principal, dans lequel on introduit dans le fermenteur une solution sucrée, caractérisé en ce que cette solution renferme entre 10 et 15% de sucre et moins de 0,5% d'un mélange de sels comprenant du NH4NO3, du MgSO4 et du KH2PO4. 2. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8 du brevet prineipal ou à la revendication 1 de l'addition, caractérisé en ce qu'on ajoute à la solution sucrée 15 à 20 g par litre d'inoculum d'Asper gillus Niger âgés de 28 à 32 heures environ, dispersés dans une solution aqueuse à pH compris entre 2 et 4. 3. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8 du brevet principal ou à l'une quelconque des revendications 1 ou 2 de l'addition, caractérisé en ce que dans une première phase dont la durée est comprise entre 2 et 3 jours environ, les conditions suivantes sont maintenues: - pH de la solution sucrée: 2,5 à 3 - température de la solution sucrée: 300C + 10C - débit d'air insufflé dans la solution sucrée: environ 02à 0,5 1 d'air par litre de solution et par minute - pression d'air: environ 1,5 bar - concentration de la solution en oxygène dissous: environ 4 mg par litre. 4. Procédé conforme à la revendication 3 de l'addition, caractérisé en ce que dans une seconde phase dont la durée est comprise entre 4 et 6 jours environ, les conditions suivantes sont maintenues: - pH de la solution sucrée: 1,8 à 2,5 - température: 320C + 10C - débit d'air insufflé dans la solution: 0,5 à 0,7 l d'air par litre de solution et par minute - pression d'air: 1$ à 3 bars. - concentration de la solution en oxygène dissous: 7 à 9 mg par litre. 5. Procédé conforme à la revendication 4 de l'addition, caractérisé en ce qu'après la seconde phase, lorsque la concentration en sucre de la solution est inférieure à 0,5% environ mais supérieure ou égale à 0,1%, on soutire périodiquement 15 à 20S du volume total de la solution sucrée, on remplace après chaque soutirage le volume de solution soutiré par un volume identique de solution sucrée, de façon à atteindre une concentration de sucre comprise entre 4 et 5% et on maintient les conditions opératoires de la seconde phase. 6. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 5 de l'addition, caractérisé en ce que lorsque la qLmtité de souches est au-dessus de la normale, une partie de la solution sucrée est recyclée quotidiennement pendant une durée comprise entre 4 et 8 heures au tam d' un pasteuriseur où elle est chauffée à environ 800 C. 7. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que lorsque l'augmentation d'acide citrique produite quotidiennement est inférieure à 3-4%, on ajoute à la solution sucrée de l'Aspergillus Niger frais.