Brevet FR2550420A1 — publié le 19850215

1. La présente invention a trait au domaine de la valorisation de sous produits d'origine agro-alimentaire Elle concerne plus spécialement les substrats glucidiques. La croissance démographique mondiale implique une augmentation de plus en plus forte de la consommation en aliments carnés et, par voie de conséquence, une intensification de l'élevage et de besoins en protéines alimentaires. On s'accorde à penser que l'accroissementdes productions de protéines d'origine végétale ne suffira pas à couvrir ces besoins et qu'il est 10 nécessaired'envisager les possibilités offertes par les protéines de microorganismes tels que les bactéries, les levures et les champignons. En outre, de nombreux produits organiques peuvent s'accumuler au cours de la culture de microorganismes sur des substrats appropriés Les divers produits industriels élaborés par les microorganismes sont groupés I 5 en plusieurs classes: solvants industriels, acides organiques, amino-acides et nucléotides, antibiotiques, polysaccharides, autres composés. Parmi les nombreux substrats utilisables par les microorganismes, les substrats glucidiques d'origine agro-alimentaire présentent l'avantage d'être à la fois abondants et théoriquement inépuisables puisqu'ils 25 sont générés en permanence grâce à la photosynthèse. L'utilisation des résidus agricoles disponibles en quantités importantes, voire gênantes, pourrait conduire à leur valorisation tout en supprimant des sources de pollution. L'invention cncerne plus spécialement les mélasses, jus de canne 30 concentrés, jus de betterave, bagasse, paille, pulpes de betterave. Le but essentiel de l'invention est de proposer un procédé de fermentation aérobie plus économique pour la production d'aliments riches en protéines, à partir de substrats glucidiques Un autre but est de séparer dans certaines conditions les produits de métabolisme 2. valorisables en obtenant dans le même temps le métabolite visé d'une part, et une masse riche en protéines, utilisable comme aliment du bétail d'autre part. Un autre but de l'invention est de fournir un type de fermenteur utlisant les microorganismes fixés sur supports solides et assurant les conditions optimales au déroulement des réactions fermentaires,en milieu solide ou semi-solide. Pour résoudre les problèmes et attendre les résultats susvisés, l'invention propose un procédé utilisant un réacteur 4,cylindrique 10 rotatif, doté d'une vis sans fin, interne, périmétrale, et de préférence à spires inclinées, ceci afin d'augmenter la surface de contact air/matériau Afin de maintenir l'humidité et la température du substrat en fermentation, on a prévu par ll,la possibilité d'une admission d'eau sous forme brumisée par l'intermédiaire 15 d'une buse, dans l'air introduit dans le fermenteur 4 par le ventilateur 1 et le tuyau 12 On a prévu également un refroidissement par arrosage de l'extérieur du fermenteur. La rotation du tambour du fermenteur permet le brassage et l'aérationdu milieu en fermentation La vitesse de rotation, en relation 20 avec l'angle d'inclinaison du tambour et celui de la vis intérieure, favorise le retournement, donc le contact avec l'oxygène et la progression des matières en fermentation vers l'extrémité du réacteur dans le temps prévu pour l'obtention du rendement de transformation nécessaire. Les matières premières solides broyées par exemple: bagasse, paille pulpes de betterave sont apportées par 13 dans la trémie de stockage 2 puis, par l'intermédiaire du transporteur-doseur 3, introduites dans le réacteur de fermentation 4. Les matières premières liquides comme les mélasses, jus de betterave, 30 etc sont amenés par 14 dans le réservoir de préparation-stockage 5 dans lequel sont également introduits les microorganismes, de préférence fixés sur support poudreux argileux, par 15, ainsi que les éléments nutritifs, notamment azote et phosphore, par 16, dans les proportions adéquates. 3. Le milieu liquide ainsi préparé est dosé à l'aide de la pompe doseuse 6 dans le transporteur 3 o s'effectue le mélange de ces deux milieux, solide et liquide, en proportions imposées par les paramètres nécessaires dans le fermenteur 4. Pour obtenir la poudre protéinée sèche, les matériaux sortant du réacteur 4 arrivent par 19 et 22 dans l'ouvrage de séchage, par exemple de type "Hatmaker ", celui-ci assurant également une thermolyse partielle et un broyage Le produit ainsi obtenu est ensaché dans 10. Dans le cas o les produits visés sont des métabolites et des aliments riches en protéines, les matériaux sortant du fermenteur 4 par 18 sont amenés dans un ouvrage d'extraction ( par percolation) 7 La séparation: solution de métabolites-matériaux solides est effectuée à l'aide d'un filtre à vide ou filtre presse 8. La solution de métabolites est ensuite purifiée et concentrée par 21 et la pate protéinée est amenée par 22 aux seéchage en 9 et au broyage et à l'ensachage en 10. Un exemple d'application de l'invention est la fermentation en milieu solide afin d'obtenirdes aliments riches en protéines, à partir d'un mélange de: bagasse de canne broyée ayant la composition moyenne suivante: humidité 49-51 %; par rapport au poids sec: cellulose 30 à 40 %, pentosanes 22 à 30 %, lignine 18 à 22 %, cendres 1 à 4 %;et de mélasses de canne de composition: eau 25 %, saccharose 36 %, glucose 7 %, fructose 9 %, autres matières organiques 14,5 %, cendres 8,5 %. L'humidité du mélange, ainsi réalisé est de 55 à 60 %. On ajoute les éléments nutritifs, notamment azote (sous forme d'un mélange d'urée et de sels d'ammonium) et phosphore (sous forme de phosphate) pour obtenir un rapport: carbone assimilable / N/ P proche de 100/ 5/ 1. On utilise comme microorganisme Trichoderma album ou une autre souche f U possèdant de bonnes propriétés cellulotyques Trichoderma album est non seulement riche en protéines, mais aussi très pauvre en acides nucléiques et pauvre en parois cellulaires Elle ne produit ni toxines ni hormones. Pour obtenir une bonne croissance on utilise une concentration d'inocului 35 d'environ 2 107 spores/g de substrat, soit sous forme libre soit fixé 4. sur des supports poudreux argileux. Le p H du milieu est un facteur essentiel dans ce type de fermentation Il doit être suffisamment acide dès le début pour éliminer les risques de contamination Un moyen simple pour tamponner le milieu est d'appor5 ter l'azote sous forme d'un mélange de sulfate d'ammonium et d'urée en obtenant un p H initial du produit voisin de 4,5 Le milieu en fermentation doit être maintenu à une température voisine de 35 C. La masse fermentée peut être soit séchée à moins de 40 % d'eau, puis broyée et ensachée, soit mélangée avec des céréales, évitant ainsi le séchage Le produit aurait alors une humidité de 40 % et serait utilisable en l'état. Un autre exemple d'application de l'invention est la production simultanée d'acide citrique et d'aliment riche en protéines. En partant des mêmes substrats que ceux cités précédemment, on utilise des 15 souches comme saccharomycopsis lipolytica, candida lipolytica ou Aspergillus niger. Les conditions de p H doivent être maintenues autour de 4,7 en début de fermentation Le p H chute à environ 2 lors de l'accumulation d'acide citrique La température dans la masse à fermenter ne doit pas dépasser 20 28 C. L'excrétion d'acide citrique devient importante pour des concentrations très faibles en ions ammonium. La fin de la phase exponentielle de croissance coïncide avec la disparition quasi-complète de l'azote assimilable du milieu de culture. On observe en fin de croissance, l'apparition des acides citrique et isocitrique dans le milieu Leur concentration augmente alors rapidement; la culture est dite en phase d'excrétion La durée de la phase linéaire d'excrétion est d'environ 70 à 80 h. En ajoutant au milieu du méthanol (jusqu'à 4 % du substrat assimilable), on permet aux microorganismes d'utiliser des substrats contenant des concentrations élevées de zinc, de fer ou de manganese. L'extraction de l'acide citrique à partir de la masse fermentée a lieu par percolation dans le récipient 7 suivie d'une filtration dans le filtre presse 8 La solution d'acide citrique est envoyée par 21 en purification35 cristallisation. 5. Les gateaux obtenus après filtration sont séchées, broyées et ensachées. Ils constituent des aliments riches en protéines. 6. REVENDICATIONS 1 Procédé et installation pour la fermentation en milieu solide des substrats glucidiques, caractérisé en ce que le processus de fermentation se déroulant dans le milieu solide ou semi-solide utilise une combinaison de substrats solides (tels que: bagasse, paille, pulpes de betterave etc) et de substrats liquides (tels que: mélasses, jus de canne concentrés, jus de betterraves etc) afin d'obtenir des métabolites et des aliments riches en protéines. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat liquide contenant l'inoculum de microoorganismes fixés sur support 10 poudreux argileux et les nutriments, notamment azote et phosphore, est mélangé avec le substrat solide dans des proportions données avant d'entrer dans le fermenteur. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fermenteur de type cylindrique, avec la possibilité de refroidissement par arrosage 15 est muni d'une vis interne périmétrale soudée, de préférence inclinée d'un angle d'environ 45 ceci permettant à la fois d'augmenter la surface de contact matériau-air et de permettre la progression du substrat de fermentation vers l'évacuation L'humidité du substrat est maintenue par l'admission d'eau sous forme brumisée, par l'intermédiaired'une buse, 20 dans l'air introduit dans le fermenteur.