Brevet FR2554827A1 — publié le 19850517

La présente invention concerne un procédé pour augmenter l'activité des microorganismes dans un milieu de culture liquide en leur appliquant un stimulus électrique. La bioréaction, ou les réactions causées par les microorganismes, est utilisée actuellement dans la production par fermentation de miso ou shovu,(dési- gnant au Japon la pâte de soja et la sauce de soja), digestion des boues, et traitement des eaux usées par la boue activée. A l'opposé des réactions chimiques, la bioréaction n'exige pas de hautes pressions et tem- pératures pour être effectuée. De plus, la bioréaction consomme moins d'énergie que les réactions chimiques. Cependant, la vitesse de la bioréaction est lente de sorte que le Dis_ et shovu nécessitent plusieurs mois pour être produits par fermentation, et la digestion des boues prend au moins 10 jours pour être achevée. L'utilisation des enzymes dans le but d'augmenter l'activité des microorganismes et la création de microoragnismes plus actifs par la technologie de l'ADN recombinant ont été proposées, mais ces procédés ont un domaine limité d'applications et nécessitent une habilité sophistiquée. L'objet principal de la présente invention est de fournir un procédé capable d'augmenter l'acti- vité des microoragnismes d'une manière plus simple que selon les méthodes conventionnelles. Cet objet de la présente invention peut être réalisé par application d'un courant électrique à travers un milieu de culture liquide contenant les mi- croorganismes Le procédé selon la présente invention est applicable a àne culture liquide contenant des micro- organismes a-;obies, aussi bien qu'à une culture liquide coir ant des microorganismes anaérobies, 255482t cette dernière étant préférée. Des cultures liquides préférées comprennent 'des cultures de fermentation utilisées dans la production des MjisQ et de shoyu, les cultures de fermentation alcoolique, des cultures de fermentation lactique, les boues digérées, et les boues activées. Les cultures de fermentation d'acide lactique, les cultures de fermentation alcooliques et les liqueurs de digestion de boues sont par- ticulièrement préférées. Selon le procédé de la présente invention un courant électrique est appliqué à travers les milieux de cultures cités ci-dessus. L'application du courant électrique peut être réalisée dans un réservoir d'ac- tivation muni d'électrodes. La culture liquide du réservoir est tirée du fermenteur. Après qu'un sti- mulus électrique ait été appliqué à la culture dans le réservoir d'activation, la culture est recyclée dans le fermenteur. Comme alternative, l'application du stimulus électrique peut être réalisée dans le fer- menteur qui est alors muni d'électrodes. Les condi- tions spécifiques pour l'application du courant dépendent du type de culture liquide devant être traité: un courant alternatif ou un courant continu peut être appliqué de manière continue, par inter- mittence ou sous forme de pulsions. L'application d'un ccurant alternatif sous forme de.pulsions est pré- férée. La quantité de courant devant être appliquée s'échelonne généralement entre 1 mA à 100 A, de préférence de 0,01 A à 20 A. Si la culture liquide devant être traitée contient des microorganismes anaérobies, l'application d'un courant entre 0,05 A à A est préférée. Le voltage devant être appliqué n'est pas de caractère critique, mais est généralement choisi dans la plage de 1 à 103 volts. 23548:7 La théorie à la base du procédé selon la présente invention n'est pas entièrement comprise. Dans le but de la présente invention, le courant appliqué ne devrait pas être suffisamment fort pour oxyder ou réduire la matière minérale ou organique dans le milieu de culture liquide devant être traité. Si un courant continu est appliqué, l'électrolyse de l'eau se produira inévitablement. Cependant les quan- tités d'oxygène et d'hydrogène dégagées par suite de l'électrolyse seront négligeables. Il est généralement admis que l'application d'un courant électrique à des organismes vivants supprime les réactions causées par des tels organismes, et ceux-ci peuvent mourir s'ils reçoivent un excès de courant. Cependant, selon la présente invention, l'activité des microorganismes peut être augmentée de manière significative, plutôt que supprimée, par une sélection convenable des conditions d'application du courant. La bioréactivité consiste en une assimilation typifiée par la crois- sance du microorganisme et une dissimilation qui con- tribue à la production de métabolites. On pense que le procédé selon la présente invention contribue princi- palement à une dissimilation accrue. Selon la présente invention des microorganismes dans un milieu de cul- ture liquide sont stimulés et leurs activités augmen- tées par application d'un courant électrique à travers le milieu de culture liquide. EXEMPLE 1 Un échantillon synthétique composé de lait de vache et d'amidon est digéré dans des conditions anaérobies dans un digesteur ayant une capacité ef- fective de 2,5 litres. Les conditions de digestion sont les suivantes: température du réservoir diges- teur: 37'C; temps de digestion: 20 jours; charge organique: 1,0 - 1,5 gVSS/1 000 ml-jour. La boue d'ensemencement est constituée par de la boue d'eaux usées digérées. La boue digérée est tirée du digesteur à un débit de 2 000 ml/mn, introduite dans le réser- voir d'activation pour le traitement avec un stimulus électrique, et recyclée au digesteur. Le réservoir d'activation contient une anode et une cathode en carbone à travers desquelles un voltage alternatif de volts est appliqué et produit un courant électrique de 2 A traversant la boue digérée. Le courant est réglé pour passer pendant une période de 0, 03 seconde/cm3 de la boue digérée pendant une durée imposée de 30 minutes. Cette application de courant est effectuée par intermittence pendant 8 heures par jour. La même expérience est effectuée avec un échan- tillon synthétique de comparaison de lait de vache et d'amidon, excepté qu'aucun courant n'a été appliqué pendant le traitement. Le changement- en fonction du temps des quantités de gaz produit est illustré par le graphe sur la Fig. 1 annexée, sur laquelle on peut voir que le procédé de l'invention produit 40 - 80% plus de gaz que le procédé connu. Les gaz produits selon le procédé de l'invention contiennent 45 54% de méthane, tandis que ce produit par le procédé connu contiennent moins de méthane (40 - 48%). Selon la présente invention on constate une augmentation de la concentration de méthane dans les gaz produits. EXEMPLE 2 L'efficacité du procédé selon la présente invention est vérifiée dans la fermentation lactique avec un appareil qui est le même que celui utilisé dans l'exemple 1. Un milieu de culture liquide comprenant du bouillon GAM (10% en glucose) et du Lactobacil1ls delbru-ckii est introduit dans le fer- menteur et mis en fermentation de manière discontinue pendant 4 jours à une température contrôlée de 45'C. Pendant cette période de culture, le milieu de culture est tiré du fermenteur avec un débit de 2,6 litres/mn, introduit dans le réservoir d'activation pour traite- ment avec un stimulus électrique, est recyclé au fer- menteur. Un voltage alternatif de 20 volts est appli- qué entre deux électrodes dans le réservoir d'activa- tion, et un courant de 2 ampères passe à travers la culture pendant une période de 0,02 seconde par cm3 de culture pendant une durée imposée de 30 minutes. Le temps de traitement avec un stimulus électrique est effectué en trois étapes: les premières 42 heures suivant le départ de l'expérience, 54 - 72 heures, et 87 - 96 heures. Les résultats de l'expérience sont représentés par les graphes sur les Fig. 2 et 3 annexées. Comme cela ressort clairement sur la Fig. 2, le procédé selon la présente invention produit 30% plus d'acide lactique que le procédé connu. La Fig. 3 montre qu'aucun lactobacillus n'a été tué par le trai- tement avec un stimulus électrique qui a été appliqué selon le procédé de l'invention. EXEMPLE 3 Une boue activée (500 ml, teneur totale en solides: 8 000 ppm) est aérée pour être saturée en oxygène dissous, et reçoit un stimulus électrique par application d'un courant alternatif de 1,85 A à 100 V pendant 120 secondes. La boue traitée est mélangée avec 20 ml d'eaux usées synthétiques (demande en oxygène biologique: 1 600 mg/1 000 ml),.et le mélange est agité dans des conditions à l'abri de l'air afin de vérifier le changement de concentration de l'oxy- gène dissous en fonction du temps. La même expérience est réalisée avec un mélange d'eau usée synthétique (20 ml) et 500 ml d'une autre boue activée qui n'a pas été soumise au stimulus électrique. Les résultats des deux expériences sont représentés par le graphe sur la Fig. 4, sur laquelle l'inclinaison de chaque courbe indique le taux de respiration de la boue activée. La boue activée traitée avec un stimulus électrique selon le procédé de l'invention respire avec une consomma- tion de 60 mg 02/1 000 ml-h, tandis que la boue activée non traitée par le stimulus électrique respire 32 mg 02/1 000 ml-h. En d'autres termes, la boue activée ayant reçue un stimulus électrique par le procédé selon la présente invention respire 53% plus vite que la boue traitée selon un procédé conven- tionnel. On peut en conclure que la présente invention est aussi efficace pour augmenter l'activité des microoragnismes aérobies. REVENDICATIONS 1. Procédé d'activation de la bioréactivité de microorganismes dans un milieu de culture liquide, caractérisé en ce que l'on applique à la culture un stimilus électrique. 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le stimulus électrique est appliqué sous la forme d'un courant par pulsions. 3. Procédé selon la revendication 2, carac- térisé en ce que le courant par pulsions est un courant alternatif. 4. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé on ce qu'on applique un courant électrique de 0,01 A à 20 A. 5. Procédé selon la revendication 4, carac- térisé en ce que le milieu de culture liquide est une boue digérée.