Brevet FR3075222A1 — publié le 20190621

VINASSE COM M E MILIEU DE FERMENTATION DOMAINE DE L'INVENTION La presente invention concerne la production d'acides organiques par fermentation anaerobie de melasse et/ou de pulpe, residus de l'industrie sucriere, dans lequel la melasse et/ou la pulpe sont mises a fermenter dans un milieu aqueux qui contient de la vinasse. ETAT DE LA TECHNIQUE La vinasse est un residu de la distillation des liquides alcooliques et notamment de l'industrie sucriere. Dans la fabrication du sucre, les sous-produits de fabrication que sont les 10 melasses sont souvent recycles par fermentation alcoolique, pour la recuperation d'ethanol par distillation. La vinasse est un des residus de cette distillation. Le recyclage de la vinasse pose un probleme industriel particulier pour ces industries du sucre et de l'alcool, car it s'agit d'un produit complexe avec beaucoup d'eau et des sels mineraux de composition variable, dont le transport et le traitement sont souvent trop onereux 15 pour sa valorisation. De par sa teneur en matieres organiques et en sels, certains se sont penches sur la possibilite d'employer directement ces vinasses comme substrats de fermentation pour la production de produits a haute valeur ajoutee. Pour la demande FR 2 777 571, la vinasse de cognac peut etre recyclee par fermentation avec des Sporoblomyces pour produire des 20 aromes. Pour la demande FR 1 516 540, la vinasse est employee en mélange avec des dechets, comme les fractions organiques d'ordures menageres, ou de la tourbe noire, pour la production de biogaz. Aujourd'hui, les vinasses sont epandues comme engrais dans les champs voisins des sucreries pour eviter des transports trop onereux. Elle est egalement employee comme 25 matiere premiere pour etre transformee dans des procedes complexes de fabrication d'engrais (WO 2017/132742 ; CN 106398962). La vinasse est sechee pour ne conserver que la matiere seche, selon des procedes plus ou moins complexes pour la production de biogaz (EP 0 057 152). D'autres proposent leur utilisation pour une transformation chimique avec des catalyseurs pour preparer de l'acide methacrylique. 30 Les inventeurs ont maintenant compris que l'utilisation de vinasse comme milieu de culture pour la fermentation anaerobie de melasse et/ou de pulpe dans un procede de production d'acides organiques permettait d'ameliorer le rendement en acides, en plus de ('amelioration du rendement economique de valorisation de l'industrie sucriere quand la melasse de betterave ou de canne a sucre, et les pulpes et vinasses employees dans le 35 procede sont toutes des residus de l'industrie sucriere. EXPOSE DE L'INVENTION La presente invention concerne l'utilisation de vinasse seule ou en mélange avec de 2 l'eau comme milieu de culture pour la fermentation anaerobie de melasse et/ou de pulpe dans un procede de production de molecules organiques, en particulier d'acides organiques de preference d'acides organiques gras. L'invention concerne aussi un procede de preparation de molecules organiques 5 comprenant les etapes a) de fermentation anaerobie de melasse et/ou de pulpe en milieu de fermentation aqueux, b) de recuperation d'un jus de fermentation a partir du mout de fermentation et c) d'isolation des molecules organiques a partir du jus de fermentation, dans lequel le milieu de fermentation aqueux comprend de la vinasse. De maniere avantageuse et preferee, le procede de fermentation a pour objet de 10 produire des acides organiques, plus particulierement des acides organiques gras, comme les acides acetique, butyrique, isobutyrique, propionique, valerique, isovalerique, hexandique, heptandique et octandique et leurs mélanges. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention concerne une amelioration des procedes de fermentation anaerobie de 15 melasse et/ou de pulpe dans un procede de production de molecules organiques telles que des acides organiques, en particuliers d'acides organiques gras, des derives de ces acides organiques comme des polyhydroxyalkanoates ou des esters, ou encore des acides amines, par l'emploi de vinasse, seule ou en mélange avec de l'eau comme milieu de fermentation aqueux pour l'etape de fermentation anaerobie. 20 De maniere avantageuse et preferee, le procede de fermentation a pour objet de produire des acides organiques, plus particulierement des acides organiques gras, comme les acides acetique, butyrique, propionique, isobutyrique, valerique, isovalerique, hexandique, heptandique et octandique et leurs mélanges. La vinasse est un residu de distillation alcoolique qui comprend de l'eau et des residus 25 solides, mélange complexe de residus organiques et inorganiques. Sa composition et notamment sa teneur en matieres seches dependra de son origine, qu'il s'agisse d'un residu de distillation de yin, comme sous-produit de la production de cognac, par exemple, ou d'un residu de distillation de produit de fermentation solide, pour la preparation de spiritueux comme le rhum, le marc de raisin, la vodka, le whisky, ou encore les residus de l'industrie 30 sucriere employes pour la production d'ethanol industriel. Dans ce cas, la vinasse residu de l'industrie sucriere provient tant de la transformation de la canne a sucre que de la betterave a sucre. Selon un mode prefere de realisation de l'invention, la vinasse employee est un residu de l'industrie sucriere. Ces vinasses peuvent se presenter sous plusieurs formes selon leur concentration en 35 matiere seche, connues sous les noms de vinasse legere, pre-concentree ou concentree. Le procede selon l'invention peut etre mis en oeuvre indifferemment avec ces differents types de vinasses. De maniere generale, selon le mode d'obtention la teneur en matiere seche des 3 vinasses non concentrees et concentrees est respectivement comprise entre 1 et 15% et entre 15 et 65%. La vinasse peut etre employee seule ou en mélange avec de l'eau comme milieu de fermentation aqueux. Le rapport volumique eau/vinasse est compris entre 95/5 et 0/100 5 avantageusement compris entre 90/10 et 30/70. L'homme du métier saura determiner un rapport eau/vinasse adapts au procede de fermentation, notamment en fonction de Ia teneur en matiere seche de la vinasse. De maniere avantageuse, la teneur en matiere seche provenant de la vinasse dans le milieu de fermentation aqueux sera comprise entre 3% et 70% et plus preferentiellement entre 15 et 60%. Selon un mode prefers de realisation de ('invention, la vinasse employee dans le milieu aqueux de fermentation est un residu de l'industrie sucriere de transformation de la betterave a sucre et le rapport volumique eau/vinasse est compris entre 90/10 et 30/70. Selon un mode particulier de realisation de ('invention, le milieu aqueux de fermentation consiste en de l'eau et de la vinasse, selon les proportions decrites precedemment. Ce milieu de fermentation peut etre complements avec des vitamines, de l'extrait de levure, des tampons, ou tout autre adjuvant permettant une optimisation des performances de fermentation. L'homme du métier connait bien les procedes de preparation de molecules organiques 20 par fermentation anaerobie de melasse et ou de pulpe, comprenant en particulier les stapes a) de fermentation anaerobie de melasse et/ou de pulpe en milieu de fermentation aqueux, b) de recuperation d'un jus de fermentation a partir du moOt de fermentation et c) d'isolation des molecules organiques a partir du jus de fermentation. Ces procedes et les conditions de mise en oeuvre des differentes stapes sont en particulier decrits dans les demandes de brevet 25 WO 2016/135396, WO 2016/135397, WO 2016/012701, WO 2017/013335, WO 2015/0536683, WO 2014/100424 et WO 2010/047815. L'etape a) de fermentation va generalement etre mise en oeuvre en mode mesophile et anaerobie dans un fermenteur agite. Le mode de culture peut etre continu ou discontinu. La melasse ou la pulpe employees pour la fermentation sont de preference des residus 30 de l'industrie sucriere, en particulier de transformation de la canne a sucre ou de la betterave a sucre, de preference de Ia pulpe de betterave a sucre ou de la melasse de betterave a sucre ou de canne a sucre. La melasse et la pulpe peuvent etre employees ensemble dans le merne fermenteur, en toutes proportions, ou separement dans des fermenteurs differents. 35 De maniere preferentielle, pulpe et/ou melasses sont les seules sources de carbone pour Ia fermentation anaerobie. La fermentation anaerobie est generalement mise en oeuvre avec des microorganismes 4 seuls ou en mélanges, comprenant notamment des microorganismes cellulotytiques ou proteolytiques comme des Bacteroides et des Clostridia. Pour l'etape b), la recuperation se fait en fin de fermentation selon des techniques usuelles de separation pour eliminer les residus solides presents dans le mout de 5 fermentation par exemple par centrifugation, decantation centrifuge, etc. L'etape c) d'isolation des acides organiques se fait generalement par extraction, precipitation et/ou distillation. Ces etapes sont mises en oeuvre sur le jus de fermentation, eventuellement concentre apres elimination d'au moins une partie de l'eau, et le cas echeant avec l'ajout d'un solvant organique pour favoriser la partition des differents acides. On citera 10 notamment les methodes d'extraction decrites dans les demandes WO 2015/0536683, WO 2014/100424. L'homme du métier connait et saura choisir les moyens les mieux adaptes aux molecules organiques a isoler, cette etape n'etant pas limitante au regard de ('invention qui concerne d'abord l'etape a) de fermentation. Le jus de fermentation peut provenir d'un seul mout de fermentation ou peut etre un 15 mélange de plusieurs jus de fermentation provenant de plusieurs mouts de fermentation, le cas echeant apres concentration. Dans ce cas, chaque mout de fermentation peut provenir independamment de la fermentation de pulpe ou de melasse ou d'un mélange de pulpe et de melasse. L'emploi de vinasse seule ou avec de l'eau comme milieu de fermentation aqueux ne 20 vient pas modifier de maniere substantielle ces conditions de mise en oeuvre des differentes etapes. En tout etat de cause, l'homme du métier saura les adapter a la vue de ses connaissances generales sur ces procedes. Selon un mode prefere de realisation de l'invention, la melasse, la pulpe et la vinasse, sont des residus de l'industrie sucriere de transformation d'une meme matiere premiere, en 25 particulier de canne a sucre ou de betterave a sucre. Plus preferentiellement, la melasse et la pulpe sont de la melasse de betterave a sucre et de la pulpe de betterave a sucre et la vinasse est un residu de l'industrie sucriere de transformation de la betterave a sucre, egalement appelee « vinasse de betterave a sucre ». Selon un mode prefere de realisation de l'invention, pulpe, melasse et vinasse 30 proviennent de la meme raffinerie de production de sucre par transformation de canne a sucre ou de betterave a sucre, en particulier de betterave a sucre. EXEMPLES Exemple 1 : 35 Dans un fermenteur industriel on procede a la fermentation anaerobie mesophile de coproduits organiques derives de l'industrie sucriere : des melasses de betteraves a sucre. Ce mout de fermentation dont le pH est regule a la potasse est additionne de vinasses de 5 sucreries a une teneur en matiere seche de 7,6% et representant 12% du volume final. Au bout de 144 heures de culture on analyse le jus de fermentation et on deduit un rendement de fermentation en acides organiques (acetique, propionique, isobutyrique, butyrique, isovalerique, valerique et caprdique) de 45%. En parallele, on realise exactement la merne 5 fermentation dans un second fermenteur industriel mais it n'y a pas d'ajout de vinasse au milieu de fermentation. Dans ce cas, en fin de fermentation dans le merne temps imparti, on observe cette fois un rendement de fermentation en acides organiques de 34%. Exemple 2 : On realise dans ce second exemple, le merne mode operatoire que pour la fermentation 10 de l'exemple 1 mais le substrat utilise est ici constitue de pulpes de betteraves a sucre. En fin de fermentation on analyse le jus de fermentation et on deduit un rendement de fermentation en acides organiques (acetique, propionique, isobutyrique, butyrique, isovalerique, valerique et caprdique) de 37%. En parallele, on realise exactement la merne fermentation dans un second fermenteur industriel mais it n'y a pas d'ajout de vinasse au milieu de fermentation. 15 Dans ce cas, en fin de fermentation dans le merne temps imparti, on observe cette fois un rendement de fermentation en acides organiques de 28%. REFERENCES CN 106398962 20 EP 0 057 152 FR 1 516 540 FR 2 777 571 WO 2010/047815 WO 2014/100424 25 WO 2015/0536683 WO 2016/012701 WO 2016/135396 WO 2016/135397, WO 2017/013335 30 WO 2017/132742 REVENDICATIONS1. Procede de production de molecules organiques comprenant les stapes a) de fermentation anaerobie de melasse et/ou de pulpe en milieu de fermentation aqueux, b) de 5 recuperation d'un jus de fermentation a partir du moat de fermentation et c) d'isolation des molecules organiques a partir du jus de fermentation, caracterise en ce que le milieu de fermentation aqueux comprend de la vinasse. 2. Procede selon Ia revendication 1, caracterise en ce que la vinasse est un residu de I'industrie sucriere de transformation de la canne a sucre ou de la betterave a sucre. 10 3. Procede selon I'une des revendications 1 ou 2, caracterise en ce que Ia melasse, la pulpe et la vinasse sont des residus de I'industrie sucriere de transformation de Ia canne sucre ou de Ia betterave a sucre. 4. Procede selon I'une des revendications 1 a 3, caracterise en ce que la melasse est de Ia melasse de betterave a sucre, la pulpe est de la pulpe de betterave a sucre et la 15 vinasse est un residu de I'industrie sucriere de transformation de Ia betterave a sucre. 5. Procede selon I'une des revendications 1 a 4, caracterise en ce que le rapport volumique eau/vinasse est compris entre 95/5 et 0/100. 6. Procede selon Ia revendication 5, caracterise en ce que le rapport volumique eau/vinasse est compris entre 90/10 et 30/70 20 7. Utilisation de vinasse seule ou en mélange avec de l'eau comme milieu de culture pour Ia fermentation anaerobie de melasse et/ou de pulpe dans un procede de production de molecules organiques. 8. Procede selon l'une des revendications 1 a 6 ou utilisation selon Ia revendication 7, caracterise en ce que les molecules organiques sont choisies parmi les acides organiques, 25 les derives d'acides organiques et les acides amines. 9. Procede selon l'une des revendications 1 a 6 ou utilisation selon Ia revendication 7, caracterise en ce que les molecules organiques sont choisies parmi les acides organiques gras. 10. Procede ou utilisation selon Ia revendication 9, caracterise en ce que les acides 30 organiques gras sont choisis parmi les acides acetique, butyrique, isobutyrique, propionique, valerique, isovalerique, hexandique, heptandique et octandique et leurs mélanges.