Brevet FR2554123A1 — publié le 19850503

La présente invention est relative à un fermenteur tout particulièrement adapté aux milieux solides. Les fermentations en milieu solide sont connues depuis longtemps: elles ont été surtout appliquées au stade artisanal pour la préparation d'aliments fermentés tels que du pain. Depuis quelques années, ces techniques de fermentation en milieu solide font l'objet d'études afin de permettre leur application industrielle, en particulier O10 dans un but d'économie d'énergie puisqu'en effet elles ne nécessitent pas, la concentration des produits obtenus en fin de fermentation. Comme applications de la fermentation en milieu solide, peuvent être citées à titre d'exemple la production d'aliments enrichis en protéines, d'enzymes, d'antibiotiques ou de métabolites. Au Japon, des produits alimentaires ainsi que des enzymes sont obtenus industriellement par des pro- cédés dérivés de ces procédés de fermentation tradition- nelle: par exemple une amylase est produite selon le procédé dénommé "koji" qui est réalisé industriellement en couche mince dans des fermenteurs à plateaux. La fermentation en milieu solide de produits ou de sous-produits provenant des industries agro-alimentaires, comporte généralement trois phases après le chargement de la matière première dans le fermenteur, à savoir: a) Humidification puis cuisson à la vapeur du produit ou substrat de fermentation pour obtenir l'éclatement des parois cellulaires et la libération de l'amidon, suivies d'un refroidissement par un courant d'air puis de l'inoculation du substrat de fermentation à l'aide de spores du micro- organisme choisi et de l'alimentation en sels minéraux nécessaires à sa croissance. Pendant toute cette phase, le produit est malaxé afin d'obtenir un milieu de fermentation parfaitement homogène; b) Incubation sous aération forcée avec de l'air humide saturé en eau, sous agitation périodique. Cette phase, également appelée phase de latence, correspond à la germi- nation conduisant au développement du mycellium du micro- organisme; c) Fermentation proprement dite qui est entièrement conduite sous le contrôle de la température qui déclenche des cycles périodiques de régulation c'est-à-dire de malaxage, d'apport d'eau, d'augmentation de l'aération forcée, et d'apport de solution pour corriger le pH. Pour mettre en oeuvre un procédé de fermen- tation en milieu solide tel que défini ci-dessus, notamment lorsque le substrat de fermentation se présente ou peut être mis sous la forme de particules ou de granulés, on a pu utiliser des fermenteurs conçus pour travailler en couche profonde après en avoir augmenté la capacité. Ainsi le procédé d'enrichissement de produits amylacés en protéines décrit dans le brevet FR-A-2 peut être mis en oeuvre dans un fermenteur du type de celui décrit dans la demande FR-A-2 Néanmoins l'utilisation de tels fermenteurs ne permet pasou qu'imparfaitement la réalisation des différentes phases rappelées ci-dessus. Aussi un des buts de la présente invention est-il de fournir un fermenteur pour milieu solide permettant de résoudre tous les problèmes technologiques posés par la mise en oeuvre industrielle de procédés de fermentation en milieu solide. Un autre but de l'invention est de fournir un tel fermenteur qui peut s'adapter à toutes les capacités industrielles. Ces buts ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, comprenant un dispositif d'alimentation en produits solides et un dispositif pour évacuer 1l produits issus de la fermentation sont atteints par un fermenteur pour produits solides qui, selon la présente-invention, est constitué par une enceinte d'axe vertical qui comporte une paroi inférieure et une paroi latérale munie d'une double enveloppe sur au moins une partie de sa hauteur et pouvant être cylindrique, et qui comprend: 255 4 1 2 3 - des dispositifs pour insuffler un gaz au travers de la paroi inférieure; - des dispositifs pour injecter de la vapeur d'eau au travers de cette paroi inférieure et de la paroi latérale; - un dispositif d'axe vertical pour mélanger les produits solides; et - des systèmes de régulation et de nettoiement. Avantageusement, l'enceinte comprend un volume inférieur délimité par la paroi inférieure et une plaque horizontale perforée pour laisser passer des liquides et des gaz, ce volume inférieur étant divisé par une cloison cylindrique de même axe vertical que l'enceinte, en une zone centrale tubulaire et en une zone annulaire. De préférence, le diamètre de cette zone centrale tubulaire est égal à environ le cinquième du diamètre intérieur de l'enceinte. Avantageusement chaque zone comporte un dispositif pour insuffler un gaz, pour injecter de la vapeur d'eau et un fluide de nettoiement. De préférence, l'insufflation de gaz, de vapeur d'eau et du fluide de nettoiement est effectuée par un même dispositif dans chaque zone. Avantageusement le dispositif de nettoiement comporte dans chaque zone une évacuation. De préférence, la paroi inférieure au niveau de la zone centrale tubulaire est munie d'un purgeur. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, la plaque horizontale est constituée d'un disque perforé recouvrant la zone centrale tubulaire et d'un disque annulaire recouvrant la zone annulaire. Ce dernier peut être constitué de plusieurs secteurs annulaires. L'enceinte comprend, au niveau de la double enveloppe, un dispositif pour injecter de la vapeur d'eau au travers de la paroi latérale, dispositif constitué de préférence par un circuit en demi-coquille inclus dans cette double enveloppe. Avantageusement cette enceinte comporte à sa partie supérieure un pont tournant coopérant avec des moyens de support et de guidage situés à la périphérie de sa partie supérieure, ce pont tournant comportant le dispo- sitif d'axe vertical pour mélanger les produits solides. De préférence le dispositif d'axe vertical pour mélanger lesdits produits solides est constitué par une hélice à ruban hélicoidal à pas progressif, qui est écrasé vers le bas. Cette hélice est excentrée par rapport à l'axe de l'enceinte. Avantageusement, le fermenteur comprend un moteur pour entraîner cette hélice qui est située sur le pont tournant et un moteur pour entraîner ce pont tournant. De préférence, ce pont tournant comporte des moyens pour injecter un liquide dans l'enceinte. La description qui va suivre et qui ne présente aucun caractère limitatif, permettra à l'homme du métier d'être à même de réaliser la présente invention. Elle doit être lue en regard des figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 représente en section verticale partielle, un fermenteur selon la présente invention; et - la figure 2 est une vue de dessus de ce fermenteur selon la figure 1. Ainsi qu'on peut le voir notamment sur la figure 1, un fermenteur pour produits solides selon la présente invention est constitué par une enceinte d'axe vertical dési- gnée dans son ensemble par la référence 1. Cette enceinte com- porte une paroi inférieure2, et danscet exemple de réalisation une paroi latérale 3 cylindrique munie d'une double enveloppe 4 sur au moins une partie de sa hauteur. Cette paroi latérale 3 pourrait éventuellement être constituée par plusieurs plans. Cette enceinte 1 comprend des dispositifs pour insuffler un gaz au travers de sa paroi inférieure 2, des dispositifs pour injecter de la vapeur d'eau au travers de sa paroi inférieure 2 et de sa paroi latérale 3, un dispositif d'axe vertical pour mélanger les produits solides, ainsi que des systèmes de régulation et de nettoiement. L'enceinte 1 comprend un volume inférieur délimité par sa paroi inférieure 2 et une plaque horizontale perforée afin de laisser passer les gaz et les liquides. Ce volume est divisé par une cloison cylindrique 6 de même axe vertical que l'enceinte 1, en une zone centrale tubulaire 7 et en une zone annulaire 8. Chaque zone 7 et 8 comporte un dispositif pour insuffler un gaz tel que de l'air, pour injecter de la vapeur d'eau et de nettoiement. Selon le présent exemple de réalisation, ces dispositifs sont regroupés en un même dispositif pour chaque zone. Ainsi dans la zone centrale tubulaire 7 est situé un tel dispositif 9 et dans la zone annulaire 8 un tel autre dispositif 10. Ces dispositifs 9 et O10 permettent, à volonté, d'injecter de l'air, d'insuffler de la vapeur d'eau ou un fluide de nettoiement en fonction des phases du procédé de fermentation. Au niveau des zones centrale tubulaire 7 et annulaire 8 sont disposés des systèmes, respectivement ll et 12, pour l'évacuation des fluides de nettoiement. Au niveau de la zone centrale tubulaire 7 peut également être disposé un purgeur 13 pour les éventuels condensats lors de la phase de préparation a) telle que dé- crite ci-dessus. Quant à la plaque horizontale 5, elle est, selon cet exemple de réalisation, constituée d'un disque perforé recouvrant la zone centrale tubulaire 7 et d'un disque annulaire recouvrant la zone annulaire 8. Ce disque annulaire peut être constitué de plusieurs secteurs, par exemple au nombre de six. Selon le cas, il peut être avantageux que la partie inférieure 2 de l'enceinte 1 puisse basculer autour d'un axe 14 situé sur la paroi latérale cylindrique 3: ceci permet notamment la vidange du produit issu de la fermentation par la partie basse de l'enceinte 1. L'alimentation en produits solides est, quant à elle, réalisée par tout dispositif connu: en particulier ceux-ci peuvent être directements introduits par le sommet de l'enceinte (1) qui n'est pas fermée. Il est prévu un dispositif pour injecter de la vapeur d'eau au travers de la paroi latérale 3. Ce dis- positif est constitué, selon cet exemple de réalisation, par un circuit en demi-coquilles 15 situé dans la double enveloppe 4. La vapeur qui circule dans les demi-coquilles 15 est in- jectée à l'intérieur de l'enceinte 1 à travers des perforations que comporte la paroi latérale 3 à ce niveau. Quant à la double enveloppe 4, elle permet par une circulation d'eau de maintenir la température dans l'enceinte 1. Elle comporte une entrée d'eau 16 et une sortie d'eau 17. Le dispositif d'axe vertical pour mélanger les-produits solides est de préférence constitué par une hélice 18 qui est de type à ruban hélicoïdale à pas progressif, écrasé vers le bas de façon que le produit situé au-dessus de la plaque perforée 5 est repris par la partie basse, plus resserrée de l'hélice 18, et expansé durant son transfert vers la partie supérieure de l'enceinte 1. Cette hélice 18 est montée sur un pont tour- nant 19 situé à la partie supérieure de l'enceinte 1 et coo- pérant avec des moyens de support et de guidage connus en eux-mêmes et disposés à la périphérie de cette partie supé- rieure. Elle est excentrée par rapport à l'axe vertical de l'enceinte 1. Ce pont tournant 19 comporte un moteur 20 pour entraîner l'hélice 18 et est entraîné par un moteur 21 de façon connue en soi. - Par la double rotation de l'hélice 18 et du pont tournant 19, sont ainsi assurés l'homogénéisation et le brassage vertical du produit. Du fait des deux moteurs et 21 entrainant respectivement l'hélice 18 et le pont tournant 19, on peut en fonction des applications régler sépa- rément la vitesse de rotation de l'hélice 18 autour de son axe et la vitesse de déplacement de l'axe de l'hélice dans l'enceinte 1. Le même résultat pourrait être obtenu en uti- lisant qu'un seul de ces moteurs. Par une telle disposition, on assure la 2554 1 2 3 circulation du produit du bas vers le haut de l'enceinte ainsi qu'un effet de détassage qui améliore la circulation de l'air et sa mise en contact avec le produit. Le pont tournant 19 est par ailleurs équipé de buses d'aspersion constituant des moyens pour injecter dans l'enceinte 1, un liquide tel que, par exemple, de l'eau ou des solutions nutritives pour le ou les micro-organismes utilisés pour la fermentation. Un tel fermenteur permet de réaliser les trois phases des procédés de fermentation telles que décrites ci-dessus. 8 2554123 REVENDICATIONS 1 - Fermenteur pour produits solides, comprenant un dispositif d'alimentation en produits solides et un dispositif pour évacuer les produits issus de la fermen- tation, caractérisé en ce qu'il est constitué par une enceinte (1) d'axe vertical qui comporte une paroi inférieure (2) et une paroi latérale (3) munie d'une double enveloppe (4) sur au moins une partie de sa hauteur, et qui comprend: - des dispositifs pour insuffler un gaz au travers de ladite paroi inférieure; - des dispositifs pour injecter de la vapeur d'eau au travers desdites paroi inférieure et paroi latérale; - un dispositif d'axe vertical pour mélanger lesdits produits solides; et - des systèmes de régulation et de nettoiement. 2 - Fermenteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite enceinte (1) comporte une paroi latérale (3) cylindrique. 3 - Fermenteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite enceinte comprend un volume inférieur délimité par ladite paroi inférieure (2) et une plaque horizontale (5) perforée pour laisser passer des li- quides et des gaz, ledit volume inférieur étant divisé par une cloison cylindrique (6) de même axe vertical que ladite enceinte (1) en une zone centrale tubulaire (7) et en une zone annu- laire (8). 4 - Fermenteur selon la revendication 3 caractérisé en ce que chaque zone comporte un dispositif pour insuffler un gaz, pour injecter de la vapeur d'eau et de nettoiement. - Fermenteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les insufflations de gaz, de vapeur d'eau et du liquide de nettoiement sont effectuées par un même dispositif (10, 9). 6 - Fermenteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit dispositif de nettoiement comporte dans chaque zone une évacuation (11). 7 - Fermenteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite paroi inférieure au niveau de ladite zone centrale tubulaire (7) est munie d'un purgeur (13). 8 - Fermenteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite plaque horizontale (5) est cons- tituée d'un disque perforé recouvrant ladite zone centrale tubulaire (7) et d'un disque annulaire recouvrant ladite zone annulaire (8). 9 - Fermenteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit disque annulaire est constitué de plusieurs secteurs annulaires. - Fermenteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite enceinte (1) comprend un dispositif constitué par un circuit en demi- noquilles, pour injecter de la vapeur d'eau (15) au travers de ladite paroi latérale (3). 11 - Fermenteur selon l'une quelconque des revendications -1 à 10, caractérisé en ce que ladite enceinte (1) comporte à sa partie supérieure un pont tournant (19) coopérant avec des moyens de support et de guidage situés à la périphérie de ladite partie supérieure, ledit pont tournant (19) comportant ledit dispositif d'axe vertical pour mélanger lesdits produits solides. 12 - Fermenteur selon la revendication l, caractérisé en ce que ledit dispositif d'axe vertical pour mélanger lesdits produits solides est constitué par une hélice (18) à ruban hélicoidale à pas progressif. 13 - Fermenteur selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite hélice à ruban hélocoidale (18) à pas progressif est écrasé vers le bas. 14 - Fermenteur selon la revendication 12 ou 13 caractérisé en ce que ladite hélice (18) est excentrée par rapport à l'axe de ladite enceinte (1). - Fermenteur selon l'une quelconque des revendications ll à 14, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur (20) pour entrainer ladite hélice (18) qui est situé sur ledit pont tournant (19) et un moteur (21) pour entraîner ledit pont tournant (19). 16 - Fermenteur selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que ledit pont tournant (19) comporte des moyens pour injecter un liquide dans ladite enceinte (1).