Brevet FR2581055A1 — publié le 19861031

La présente invention concerne les procédés de fermentation lactique permettant de produire, à partir d'un substrat contenant du lactose et des additifs divers, des bactéries lactiques et un sous-produit principal qui est l'acide lactique et/ou un lactate. Les effluents des installations de fermentation lactique, qui contiennent de l'acide lactique et/ou un lactate, sont très polluants et il est nécessaire de les traiter avant de les rejeter. Or les procédés d'épuration connus nécessitent des installations coûteuses qui ne peuvent être amorties que sur une longue période de temps. Par ailleurs, les substrats de la fermentation ne sont jamais complètement épuisés et une grande partie se retrouve dans les effluents ce qui constitue une perte importante. Le but de la présente invention est de fournir un procédé de traitement binlogique des effluents d'une installation de fermentation lactique permettant la récupération d'au moins une partie des substrats qui peuvent être recyclés. Le procédé de l'invention consiste à soumettre la majeure partie de l'effluent à une fermentation aérobie par action de levures métabolisant l'acide lactique et les lactates et n'ayant aucune action sur le lactose, à séparer, après fermentation, les levures de l'effluent traité et à renvoyer celui-ci dans l'installation de fermentation lactique pour y être utilisé comme substrat.Toutes les levures ne possédant pas ltenzyme p galactosidase capable de métaboliser le lactose peuvent être utilisées et en particulier les levures alcooliques habituelles comme "Saccharomyces Cerevisiae." Le procédé s'applique particulièrement bien aux fermentations lactiques utilisant un substrat artificiel constitué généralement de lactose, d'extraits de levure, de sels minéraux et de vitamines avec neutralisation par l'ammoniaque de l'acide lactique produit au cours de la fermentation. Pour cette application, on utilisera de pré- férence les mêmes levures que celles qui ont été à l'origine de la production des extraits de levure du substrat.Ces levures utiliseront l'ion NH4+ du lactate d'ammonium comme source d'azote ; un complément minéral sous forme de phosphates sera éventuellement incorporé à l'effluent à traiter. La fermentation lactique produit également, en faible quantité, d'autres sous-produits qui peuvent inhiber la croissance des bactéries lactiques si leur concentration devient trop élevée. Pour éviter ce phénomène, une partie des effluents, de 15% à 20% du débit total, ne sera pas traitée comme décrit ci-dessus et recyclée dans l'installation de fermentation lactique.Dans les installations où les ferments lactiques séparés des sous-produits, par exemple par ultrafiltration ou centrifugation, sont ensuite soumis à un lavage puis séparés de la liqueur de lavage, on peut traiter séparément les effluents obtenus lors de la première séparation et lors du cycle de lavage et ne recycler que les premiers, la suspension bactérienne obtenue au début du cycle de lavage représentant les 15 à 20% def- fluent qui sont éliminés comme indiqué plus haut. L'effluent à traiter peut être soumis préalablement à un traitement de pasteurisation pour détruire les bac te ries lactiques présentes et à un dégazage pour permettre le dégagement d'ammoniac ; cette dernière opération pourra aussi être effectuée sur l'effluent traité pour ajuster le pH. La quantité d'ammoniac dégagé pourra être réglée pour maintenir le pH de l'effluent recyclé à la même valeur que celui de l'effluent à traiter ; 65% à 75% de l'ammoniac présent dans l'effluent à traiter pourra être dégagé. Cette opération pourra s'effectuer à la pression atmosphérique ou sous un léger vide. En faisant passer l'ammoniac dégagé dans un laveur à gaz à contre-courant ou à barbottage utilisant de l'eau froide on pourra le récupérer en majeure partie grâce à sa solubilité à froid. La solution ammoniacale obtenue pourra être utilisée dans lssinstallation de de fermentation lactique pour la régulation du pH. Le traitement de l'effluent s'effectuera en discontinu ou en continu selon que la fermentation lactique et, par conséquent, la production d'effluent seront discontinues ou continues. Il sera effectué dans un appareil de fermentation classique muni de moyens d'aération, d'agitation et de climatisation connus. Ce fermenteur sera exploité sans précautions particulières d'aseptie et pourra être du type air lift ou comporter une aération par agitation ou par injection d'air dans l'effluent ; il pourra être régulé en température par climatisation de la cuve ou par échangeur externe. Il comportera toutes les régulations habituelles d'une fermentation aérobie. La séparation des levures de l'effluent traité s'effectuera par tous moyens connus appropriés, tels que décantation, centrifugation, etc... La crème de levure obtenue pourra être séchée pour être commercialisée sous forme de protéines d'organismes unicellulaires ; une partie ou la totalité pourra être autolysée pour fournir les extraits de levure nécessaires à la fermentation lactique. Le procédé de l'invention permet dne économie substantielle de substrat et d'agent neutralisant comprise entre 25% et 60%, selon l'application envisagée, et une dépollution de tordre de 75% à 80% des effluents de la fermentation lactique. La description qui suit se refère au dessin l'accom- pagnant qui est le schéma d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Cette installation est destinée au traitement des effluents constituant les sous-produits d'un procédé de production de bactéries lactiques par fermentation à partir d'un substrat constitué essentiellement de lactose, d'extraits de levures et de sels minéraux.Ce procédé comprend une première étape au cours de laquelle on introduit dans le fermenteur le substrat, de l'eau stérilisée et de l'ammoniaque en quan tités dosées, de façon à maintenir le pH du milieu de culture à une valeur constante et à assurer un taux de croissance des bactéries à une valeur relativement élevée jusqu'a ce que le milieu de culture atteigne un niveau prédéterminé dans le fermenteur ; une deuxième étape au cours de laquelle le milieu de culture est extrait du fermenteur et soumis à une ultrafiltration permettant de séparer les bactéries lactiques, qui sont recyclées dans le fermenteur, du permet, qui constitue un premier effluent, en réglant l'addition de substrat, d'eau stérilisée et d'ammoniaque de façon à maintenir le pH du milieu de culture à une valeur constante et la concentration en lactate d t ammonium inférieure à une valeur critique ; et une dernière étape qui débute lorsque la concentration en bactéries lactiques du milieu de culture atteint une valeur suffisante et qui consiste à ajouter â ce milieu une solution de lavage et de l'eau stérilisée et à soumettre ce melange à une ultrafiltration permettant de séparer les bactéries lactiques, qui sont recyclées, du perméat, constituant un second effluent, jusqu'à ce qu'on obtienne une suspension ayant une concentration donnée en bactéries. L'installation représentée schématiquement sur le dessin comporte essentiellement un échangeur thermique 10, un ballon de dégazage 12, un fermenteur 14, un séparateur 16, un sécheur 18 et un réservoir de stockage des effluents traités 20. Elle est destinée au traitement d'effluents provenant de la deuxième étape de la fermentation lactique. Eventuellement on pourra lui adjoindre-un second fermenteur 22 pour le traitement de l'effluent de la troisième étape de la fermentation lactique. L'effluent à traiter est tout d'abord chauffé de 300C à 1000C environ dans l'échangeur 10, du type à plaques ou à tubes, pour assurer sa pasteurisation et est ensuite introduit dans le ballon 12 où il est soumis à une détente provoquant le dégagement-d'ammoniac et la production de vapeur. L'échangeur 10 comprend trois sections traversées en série par l'effluent à traiter. La section la plus chaude est chauffée par de la vapeur provenant d'une source extérieure ; la section intermédiaire est chauffée par la vapeur produite dans le ballon 12 et la section la plus froide est chauffée par l'effluent sortant du ballon 12 et refoulé vers le fermenteur 14 par une pompe 24. Par ce moyen, la température de l'effluent à son entrée dans le fermenteur 14 est ramenée à une valeur qui n'est que légèrement supérieure à sa température initiale. Un système de régulation peut être prévu~ pour controler le débit d'ammoniac qui se dégage dans le ballon 12, en agissant par exemple sur la pression de vapeur de chaude fage de la section la plus chaude de ltéchangeur 10, de façon à maintenir le pH de l'effluent admis dans le fermenteur 14 à une valeur de consigne comprise entre 5,5 et 6,5. Le fermenteur est un appareil classique muni de moyens pour agiter son contenu, l'aérer et controler sa température. La production d'effluent étant généralement discontinue, le fonctionnement de cet appareil sera également discontinu. Sa capacité est suffisante pour qu'on puisse traiter en une seule opération le volume total d'effluent produit pendant la deuxième étape de la fermentation lactique. Ce volume représente de 80% à 85% de celui du milieu de culture d cette fermentation. On introduit dans le fermenteur l'effluent préalablement pasteurisé et dégazé, et des levures du type "Saccharomyces Cerevisiae", en proportions convenables.On agite ce mélange, on l'aère et on maintient sa température à la valeur voulue pendant une période de temps déterminée pour que pratiquement tout l'acide lactique et le lactate d'ammonium contenus dans l'effluent soient assimilés par les levures. Le contenu du fermenteur 14 est alors traité dans le séparateur 16 où les levures sont séparées de effluent épuré. Les levures sont ensuite séchées, par exemple sur un sécheur à cylindre, et stockées ou ensachées pour être commercialisées. L'effluent traité est stocké dans le réservoir 20 pour être recyclé dans l'installation de fermentation lactique. Avant recyclage son pH sera réglé, si nécessaire, à 6,5. L'effluent traité constituera un élément du substrat de la fermentation lactique et sera utilisé de préférence, compte tenu de sa dilution très importante et après stérilisation, en lieu et place de l'eau stérilisée alimentant la fermentation lactique. Les quantités d'additifs utilisés pour constituer le substrat de la fermentation lactique seront réduites de celles recyclées par l'effluent ainsi traité. L'effluent provenant de la troisième étape du pro cédé de fermentation lactique peut être traité au moyen de levures du type "Kluyveromyces fragilis" ou "Kluyveromyces lactis" ou du type "Candida" dans le fermenteur 22. Le choix de ce type de levures se justifie par leurs pro priétés d'assimiler l'acide lactique ou les lactates, mais également le lactose, dans un souci d'éliminationmaximale de matières organiques et par leurs propriétés floculantes favorables pour leur récupération. En faisant fonctionner en alternance les fermenteurs 14 et 22, on pourra aussi utiliser le séparateur 16 et le sécheur 18 pour séparer et sécher les levures produites dans le fermenteur 22. L'effluent traité dans ce fermenteur sera rejeté. REVENDICATIONS 1. Procédé de fermentation lactique produisant, à partir d'un substrat contenant du lactose, des bactéries lactiques et de l'acide lactique et/ou un lactate, caractérisé en ce qu'on soumet la majeure partie de l'effluent contenant l'acide lactique et/ou le lactate à une fermentatinn aérobie par action de levures métabolisant l t acide lactique et les lactate et n'ayant pas d'action sur le lactose, on sépare les levures de l'effluent traité par fermentation et on utilise celui-ci comme substrat dans le procédé de fermen tation lactique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise, pour le traitement de l'effluent, une levure du type "Saccharomyces Cerevisiae". 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une fraction représentant de 80% à 85% du volume total du milieu de culture de la fermentation lactique est soumise à ladite fermentation aérobie pour être utilisée comme sub strat dans le procédé de fermentation lactique, l'autre fraction étant rejetée après avoir été épurée. 4. Procédé de fermentation lactique selon la revendication 1, utilisant un substrat constitué essentiellement de lac tose, d'extraits de levure, de sels minéraux et de vitami nes dans lequel l'acide lactique produit au cours de la fermentation est neutralisé au moins en partie par de l'am moniaque, caractérisé en ce qu'on utilise, pour la ferment tation de l'effluent, la ou les mêmes levures que celles qui ont servi à produire les extraits de levures du sub strat. 5. Procédé selon la revendication 4 et comprenant une première séparation permettant de récupérer les bactéries lactiques, un lavage des bactéries lactiques par mélange avec une liqueur de lavage suivi d'une seconde séparation, caractérisé en ce que l'effluent provenant de la première séparation est traité par fermentation aérobie et est ensuite utilisé comme substrat dans le procédé de fermentation lactique, et l'effluent provenant de la seconde séparation est rejeté après avoir été épuré. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'effluent provenant de la seconde séparation représente de 15% à 20% du débit total d'effluents. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'effluent provenant de la seconde séparation est traité au moyen de levures du type 1,Kluyveromyces fragilis", Kluyveromyces lactis" ou "Candida". 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que l'effluent à traiter est soumis préalablement à un traitement de pasteurisation. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que l'effluent à traiter est soumis à une opération de dégazage pour permettre un dégagement d'ammoniac. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on règle la quantité d'ammoniac qui se dégage pendant l'opération de dégazage pour maintenir le pH de l'effluent traité, utilisé comme substrat, sensiblement égal à celui de l'effluent à traiter. li, Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu'on prépare, à partir de l'ammoniac qui se dégage pendant Itopération de dégazage, de l'ammoniaque qui est utilisé comme agent neutralisant dans le procédé de fermentation lactique.