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Perfectionnements apportés aux procédés et dispositifs pour fabriquer de la levure d'après le procédé par aération.
Lorsque l'ancien procédé viennois a été remplace, aux environs de l'année 1890, par le procédé par aération, un nouvel essor a été donné au développement de la fabrication de la levure pressée. Selon ce dernier procédé on faisait fer- menter le moût clair débarrassédes drèches, en y insufflant des quantités considérables d'air. En même temps on adoptait de des grandes dilutions pour que la formation d'alcool ne puisse pas rapidement limiter la propagation de la levure. De cette façon, l'au entation du rendement en levure était compensée
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par la diminution du rendement en alcool.
Vers l'année 1910 on trouva le nouveau procède par aération qui permet- tait d'obtenir un rendement notablement meilleur en levure et en même temps une production plus réduite d'alcool, ces ré- sultats étant obtenus en diluant encore davantage les moûts (pour faire disparattre les entraves que la production d'al- cool pourrait poser à la formation de levure) et en insufflant des quantités d'air encore plus,grandes que ,jusqu'alors. Le progrès ainsi obtenu en ce qui concerne un rendement notable- ment meilleur en levure était néanmoins contrebalancé par le grave inconvénient que le traitement devenait bien plus difficile et plus onéreux par suite de l'intervention de 'quantités excessivement grandes de moûts dilués.
Une nouvelle époque, dans l'évolution de la techni- que adoptée, commence au moment où on a eu recours au prin- cipe de production de levure menée de façon différentielle du procédé dit : nà adjonction progressive" (Zulaufverfahren).
On se basait sur l'idée nouvelle de ne pas fournir dès le début à la levure toute la solution alimentaire nécessaire pour obtenir la reproduction mais d'adjoindre d'abord à la levure des parties relativement faibles de la solution saccharifère utilisée pour la fermentation, le restant du sucre (et des autres matières nécessaires à la culture de la levure) étant adjointes progressivement et cela d'une manière périodique ou continue au fur et à mesure de leur consommation par la propagation et les autres fonctions vi- tales de la levure.
On obtenait de cette façon que, malgré que la teneur en sucre dans le liquide en fermentation était toujours faible, l'on pouvait, dans un espace de fer- mentation de capacité faible, traiter une quantité relati- vement grande de matières initiales pour obtenir de la
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levure pressée et de l'alcool (ou de la levure pressée seule). On conservait la concentration faible en sucre pour le moût en fermentation nécessaire à l'obtention d'un rendement élevé en levure sans que l'économie du traitement soit influencée par le fait de devoir utiliser des quanti- tés excessivement grandes de solutions diluées.
Ce procédé "à adjonction progressive" parut pour ainsi dire en même temps en Allemagne, en Autriche et en Hongrie vers l'année 1915 et fut, ensuite, développé principalement au Danemark jusqu'à devenir pratiquement utilisable sous différentes formes qui, bientôt, écartaient tous les autres procédés.
Ce procédé donne des rendements très élevés comparativement à la levure, de qualité inférieure, obtenue selon l'ancien procédé viennois.
Selon le présent procédé on abandonne en principe le procédé à adjonction progressive (Zulanfverfahren). On pourrait différencier le nouveau procédé des anciennes mé- thodes -- c'est-à-dire le procédé d'aération avec moûts très dilués, d'une part, et le procédé à adjonction progres- sive, d'autre part -- en le considérant comme un procédé "par phases" du fait que le processus de formation de la levure est subdivisé en un certain nombre de fermentations partielles séparées (phases) dont le début et la fin sont nettement déterminés.
Le point de départ des expériences, qui ont conduit à l'invention, est l'équation que Euler a établie pour la quantité de levure a + x obtenue après un temps t en partant d'une quantité de semences de levure a. Cette equation Eu- ler-Lindner, (Chemie der Hefe und der alkoholischen Gârung, Berlin 1915, P. 253): 0,4343 k't = log (a + x) - log a
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est exacte du moment que chaque cellule se propage indépen- damment des autres (ce qui est le cas aussi longtemps qu'il ne se produit dans le milieu un manque de substances alimentaires, par accumulation trop considérable des cellu- les ou qu'il ne se forme, dans ce milieu, des substances qui s'opposent à la fermentation, des poisons ou analogues).
Cette équation indique que la quantité de levure crotte en progression logarithmique, en fonction du temps dans les conditions indiquées. Les essais pratiques de Euler et d'autres ont confirmé que, dans le domaine de ces essais, la constante de propagation k = 0,4343 k' peut servir de mesure exacte pour la vitesse daccroissement de la levure (à l'endroit indiqué P. 255), de sorte que les constantes de propagation semblaient pour convenir comme caractéris- tiques pour les levures (à l'endroit indiqué P.257).
L'équation fondamentale d'Euler pour la formation de la levure peut être mise sous forme de q = a.e. et (équation 1) par dérivation mathématique en partant des mêmes bases.
Dans cette équation q désigne la quantité de levure qui s'est formée après un certain temps t, a désigne la quanti- té de levure avec laquelle on a commencé la propagation alors que e est la base des logarithmes naturels et la constante de propagation k' de l'équation d'euler. On ob- tient ainsi
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et en tenant compte du logarithme de Brigg v-= lntlO (log q - log a) = 3,30359 (log Qt- log a) Ceci donne
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ce qui correspond absolument à l'équation d'Euler.
En partant de l'équation fondamentale q = a e t on peut calculer les quantités de levure q que l'on obtient pendant des périodes déterminées t en donnant à et à a des valeurs données. Sur la fig. 1 des dessins ci-annexés ces valeurs,exprimées en kg. de levure sèche, sont indiquées et cela pour cinq facteurs de propagation adoptés (= 0.055, 0.08,0.10, 0.129 et 0. 155) en fonction de la durée de pro- pagation pour un temps t de 1 à 28 heures et en admettant que la quantité initiale a de levure, utilisée pour la cul- ture, est de 10 kg. Pour ces valeurs q on a tracé les cour- bes poids de levure-temps (courbes de propagation) a jusque e qui montrent l'influence du facteur de propagation choisi sur la propagation des cultures.
Pour vérifier les relations représentées par ces courbes de propagation théoriques on a fait un grand nombre de fermentations au laboratoire en déterminant les valeurs de q par des pesées faites d'heure en heure et on a tracé les courbes de propagation "pratiques" correspondant à ces valeurs. Au cours de cette recherche expérimentale on a fait des constatations très importantes qui constituent la base de l'invention.
On a observé que, par adjonction progressive et très uniforme des substances alimentaires et en conser- vant des dilutions suffisamment élevées, on pouvait en réa- lité empêcher, d'une part, la diminution desdites substances et, d'autre part, l'accumulation des matières, qui freinent la propagation et qui se forment au cours de la fermentation, pratiquement jusqu'à un tel point que la quantité de levure, en opérant à petite échelle au laboratoire, augmentait d'une manière régulière et logarithmiquement, avec le temps, pen- dant des périodes de fermentation allant jusqu'à 30 heures 1 ---
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et que la propagation de la levure pouvant se faire par con- séquent, dans tous les stades, selon la formule fondamentale indiquée.
On a constaté, en plus, qu'en modifiant les con- ditions de travail (variation de la quantité de substances alimentaires utilisées, dilution, température et quantité d'air) on pouvait obtenir des modes de propagation diffé- rents se rapprochant fortement des courbes de propagation "théoriques" différentes (Fig. 1) -- .correspondant à diffé- rents facteurs de propagation #- même en ayant recours toutes les fois à la même race de levure pour l'ensemence- ment du milieu de culture.
Finalement on a observé que la propagation avec des valeurs de va-entre 0.05 à 0.09 on ob- tenait un bon rendement en levures qui, en ce qui concerne le pouvoir fermentescif sont analogues à celles obtenues par l'ancien procédé viennois mais qui sont meilleures en ce qui concerne leur conservation, alors que pour une va- leur de de 0.009 à 8.155 on obtenait des levures ayant un pouvoir fermentescif correspondant à celui des levures obtenues selon le procédé à "adjonction progressive" tout en pouvant être conservées davantage et en étant obtenues en plus grandes quantités; pour un valant au delà de 0;155 jusqu'à 0.22 on obtient, avec le meilleur rendement, des levures qui sont néanmoins utilisables.
On a toutefois rencontré des difficultés considé- rables quand on a voulu mettre en pratique ces résultats importants. On ne pouvait maintenir constant le facteur de propagation /par aucune des méthodes connues pour l'obten- tion de levure sur grande échelle ou limiter les variations de ce facteur de façon que le processus de croissance reste approximativement une fonction logarithmique au cours du traitement. Une première raison était bien apparente :
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opérant sur une grande échelle on reste plus difficilement maître des conditions de travail.
On constatait aussi, plus particulièrement que la façon dont on ajoutait les substan- ces alimentaires ne correspondait, pour aucun des procédés fondamentaux connus pour l'obtention de levures, au proces- sus de croissance idéal à atteindre, c'est-à-dire à celui admis pour l'établissement de la formule fondamentale. De même les courbes de propagation, obtenues pour le procédé par adjonction progressive, appliqué en grand, s'écartent notablement des courbes logarithmiques idéales. Au début elles sont bien logarithmiques mais elles présentent ensuite un point d'inflexion et se rapprochent finalement asympto- tiquement de l'axe des abcisses.
C'est alors que l'idée inventive intervient de rem- placer le traitement producteur continu par une série de traitements partiels (phases), de courte durée et par con- séquent plus aisés à conduite, formant par leur ensemble un processus propagateur subdivisé ou étagé. La croissance de la levure peut être réglée de manière telle, au cours de ces phases, que l'équation fondamentale d'Euler puisse être appliquée à chacune de celles-ci, les courbes de propagation se reliant entre elles de façon que l'allure des différentes courbes, considérées comme un tout, corresponde sensiblement à l'équation fondamentale (équation I).
Le procédé, auquel on est de cette façon amené par la théorie, a pu être réa- lisé pratiquement en subdivisant le processus de la propa- gation de la levure en une série de fermentations partielles, se succédant directement, à capacité croissante, chaque fer- mentation partielle constituant en elle-même un processus de fermentation complet du fait que l'on ajoute, à la le- vure, au commencement de chaque phase toute la solution
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alimentaire pour cette phase et que l'on poursuit la propaga- tion dans chaque phase jusqu'au moment où tout (ou à peu près tout) le sucre fermentescible introduit au début de la phase en question, est consommé, la levure obtenue par une phase précédente étant utilisée, sans séparation,comme levain pour la phase immédiatement suivante.
De préférence on procède de cette façon à la propagation, par contact continu avec les substances alimentaires d'une semence de levure (avantageusement de la le- vure pure cultivée au laboratoire) introduite au début du trai- tement complet de fermentation ou Une levure mère, adjointe au début de la fermentation par phases, jusqu'à séparation finale de la récolte en levure.
Pour qu'une telle fermentation par phases puisse constituer un tout dont la courbe de propagation soit aussi rap- prochée que possible de celle selon l'équation fondamentale(équa tion 1), la quantité de substances alimentaires, adjointe à la levure au début des Différentes phases, est à peu près telle que la quantité de levure pour chaque phase augmente suivant un de- gré déterminé, allant en croissant de plus en plus, ce degré étant donné par la condition idéale que la quantité de levure doit augmenter avec le temps, suivant une fonction sensiblement logarithmique selon l'équation fondamentale q = a. e.
t, dans laquelle q désigne la quantité de levure obtenue après un cer- tain temps t, la quantité de levure a étant celle avec laquelle on commence le traitement de propagation, e étant la base des logarithmes naturels et ,9:le facteur de propagation qui,selon la constitution désirée pour la levure et le rendement,peut être choisi entre les valeurs 0. 05 et 0.22. Il en résulte,d'abord, que l'adjonction de sucre pour les différentes phases doit croî tre continuellement depuis une valeur zn(dans laquelle Zn dé- n signe la quantité totale de sucre et n le nombre de phases ) jusqu'à une valeur zn/n.
L'allure des courbes, tracées sur la n fig.l d'après l'équation fondamentale théorique, montre en outre que les quantités partielles de sucre ,
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à ajouter au début des différentes phases, croissént fai- blement de phase en phase depuis une valeur notablement z moindre que zn pour les phases correspondant à la fer- n mentation initiale alors que ces quantités croissent for- tement pour les phases correspondant à la fermentation prin- cipale et cela d'autant plus fortement que la valeur du facteur de propagation devient plus grande.
Les substan- ces alimentaires nécessaires pour satisfaire aux besoins de la levure en azote et en phosphore, doivent être intro- duites dans les différentes phases dans les mêmes rapports que les quantités partielles de sucre, De cette façon l'ad- jonction en substances alimentaires, qui est indépendante entre de larges limites de la dilution, est déterminée par le degré de propagation de la levure dans le sens de l'é- quation d'Euler. En plus de la constatation que le facteur de propagation a une importance capitale pour la consti- tution de la levure et le rendement, on obtient ainsi un moyen pour déterminer les untités de substances alimentai- res à introduire respectivement dans les différentes phases.
Pour la réalisation pratique, il est évident que la tempé- rature de fermentation et la quantité d'air doivent être convenablement choisies, de manière qu'en plus d'une adjonc- tion déterminée en substances alimentaires on adopte une température de fermentation d'autant plus élevée et qu'on procède à une aération d'autant plus grande que la valeur du /de la courbe de propagation, suivant laquelle on veut mener sensiblement tout le traitement de propagation, est plus grande.
Il reste encore à déterminer en combien de fermen- tations partielles on doit subdiviser tout le traitement de propagation, d'une durée totale déterminée, pour éviter avec
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certitude que les modifications que subit le milieu alimen- taire (diminution des substances alimentaires - accumula- tion de substances retardatrices) pour les différentes pha- ses de propagation -- constituant chacune un tout bien dé- fini -- puissent se manifester sous forme d'écarts de l'é- quation fondamentale d'Euler. L'expérience a montré ce prin- cipe fondamental que dans chacune des différentes phases, la quantité de levure doit, tout au plus, doubler. On adopte avantageusement pour la durée totale tn du processus de fermentation tn une période de 16 à 36 heures et on subdivise, de préférence, tout le traitement en 5 à 9 phases.
Le traitement, pour la propagation de levure, basé sur ces principes, doit être contrôlé de manière telle, pour permettre la vérification des conditions de travail adop- tées pour chaque cas, que la quantité de levure, en présence au début et à la fin de chaque phase, soit pesée et qu'à l'aide des valeurs déterminées pour ql, q2 .........qn on construise la courbe de propagation qui est alors comparée aux courbes (fig. 1) obtenues selon l'équation fondamentale d'Euler.
Cette nouvelle méthode de contrôle permet d'amélio- rer les conditions de travail basées sur les règles géné- rales adoptées, avec une précision telle que les effets pra- tiques du processus propagateur, résultant des conditions particulières, se rapprochent fortement, pour toutes les phases jusqu'à la fin de la fermentation, de la croissance ou propagation de levure selon l'équation fondamentale I avec une valeur bien déterminée.
En se basant sur ces règles générales pour le trai- tement on a constaté, au cours d'expériences ultérieures, d'autres modes de réalisation du procédé par phases qui fa- vorisent l'approximation que l'on veut obtenir.
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D'une façon généra.le il. n'est pas à conseiller de subdiviser la période nécessaire à toute la fermentation en des périodes partielles de même durée. Au contraire on ob- tient, généralement, de meilleurs résultats quand la durée de fermentation pour les premières phases (pendant lesquelles se fait la fermentation initiale) est plus grande que tn n (tn étant la durée totale et n le nombre de phases).
De préférence la durée de fermentation passe en dessous de la valeur tn pour les phases qui suivent immédiatement la pé- n riode de fermentation initiale pour se rapprocher ensuite, au cours des dernières phases, de la valeur tn/n. n
A la fin des phases suivant la fermentation préa- lable, il est avantageux d'intercaler des périodes d'arrêt pour la maturation, périodes dont la durée croît au fur et à mesure que se fait la propagation de la levure. Au cours de cette dernière se forment de plus en plus des substances, produites comme conséquences des fonctions vitales de la levure, qui sont ensuite brûlées en partie alors qu'une au- tre partie des produits de dédoublement initiaux servent à former,par synthèse, des corps à poids moléculaire plus élevé. On doit laisser le temps à la levure pour effectuer cet- te combustion et cette synthèse.
On sait qu'au cours de la fermentation se forment, entre autres, des acides qui sont utilisés par la cellule de levure comme régulateur pour déclancher les différentes réactions physico-chimiques ainsi que les modifications d'état dans les colloïdes acides qui doivent ensuite être écartés. Le présent procédé ne permet pas qu'il se forme des quantités trop considérables d'aci- des, car on obtient, à cause des périodes d'arrêt à la fin des différentes phases, que la réduction de l'acidité de la levure se fait déjà avant que l'on ait atteint une con-
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centration en ions d'hydrogène préjudiciable à la levure.
Il est en outre avantageux d'introduire au début de chaque phase et autant que possible simultanément les quantités de substances alimentaires nécessaires., dans chaque cas,à la propagation de la levure, c'est-à-dire que l'agent alimentaire doit être introduit aussi rapidement que possi- ble et uniformément. On utilise ainsi la faculté de la le- vure d'absorber, par sa surface, les substances contenues dans la solution alimentaire.
La fig. 2 montre un graphique d'une courbe de pro- pagation pour une fermentation par phases, subdivisée en sept fermentations partielles, cette fermentation ayant lieu industriellement en se bas ant sur les règles fondamentales exposées ci-dessus.
Les durées de fermentation des différentes phases (t1, (t2 - t1), ......(t7- t6) sont portées en abcisse, la quantité initiale de la semence de levure et les quanti- tés de levure ql,, q2.....q7 obtenues respectivement à la fin des différentes phases sont portées en ordonnée. L'ensem- ble de la courbe a une allure logarithmique et correspond pour ainsi dire à l'allure des courbes théoriques sur la fig. 1 et plus spécialement de la courbe d dont la valeur eh correspond à 0.129.
La fig; 3 montre les courbes correspondantes sucre- temps et le processus de la consommation du sucre détermi- né par voie d'analyse. Les durées de fermentation pour les différentes phases sont portées en abcisse, en correspondance avec la fig. 2, les quantités de sucre introduites sont por- tées en ordonnée. La teneur en sucreß déterminée par analyse, c est indiquée en traits forts pour les différentes phases et
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la teneur correspondante en sucre inverti en traits minces.
On constate que les quantités de sucre inverti vont, dans quelques phases en augmentant un moment donné, ce qui pro- vient probablement du fait que le sucre de canne, dédoublé par l'invertase, est lié à un état intermédiaire et ne se présente donc pas comme sucre inverti lors de l'analyse pour réapparaître ensuite comme sucre inverti ou pour être assimilé. Les périodes d'arrêt, qui se prolongent au fur et à mesure quvance le processus de la propagation de le- vure sont nettement visibles sur les différentes courbes deconsommation du sucre des dernières phases.
Le procédé par phases tient compte de la consttata- tion que la teneur en azote de la levure se modifie au cours de la fermentation et tend vers une certaine limite en aug- mentant quelque peu au début mais en diminuant toutefois au fur et à mesure que la vitesse de croissance de la levure augmente, la levure commence alors l'échange des matières al- buminoides. Au cours de la croissance de la levure, obtenue par le procédé par phases, on évite autant que possible une diminution dans la teneur en zymase et une augmentation de la teneur en peptase. Ce procédé se caractérise, en outre, en ce qu'il peut être exécuté d'une manière particulièrement simple et sûre.
D'après les expériences faites par Mr. 0. Warburg (Biochemische Zeitschrift, 1927; le rapport entre la respi- ration et la fermentation est différent selon la façon dont la levure est propagée. Ce rapport est, par exemple, égal à 0. 04 pour une levure aussi longtemps qu'il y a du sucre en présence. Si, par contre, on aère pendant longtemps sanes sucre ce rapport devient 0.28. Le procédé par phases permet 1-
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d'influencer favorablement le rapport entre la respitation et la fermentation par un choix convenable de la valeur #.
On doit, en outre, insister sur le fait, pour ca- ractériser la supériorité notable du nouveau procédé sur ceux connus jusqu'ici, que la levure pour les procédés or- dinaires, plus spécialement le procédé à adjonction progres- sive, est introduite à l'état de repos dans une solution alimentaire fortement diluée alors que pour le présent pro- cédé tout le processus de fermentation ne nécessite pas l'emploi de générations de levure mère qui ont été séparées de la solution et ont été pressées. Au contraire, la levure reste constamment en pleine force vitale au cours du pro- cessus à l'exception de l'introduction de quantités rela- tivement faibles de la première levure mère ou de la cultu- re pure du laboratoire. L'introduction de levure qui repose, dans une solution alimentaire fortement diluée, donne lieu à un affaiblissement de la levure.
Il se produit, en effet, un échange osmotique des matières protoplasmatiques de la levure, ce que l'on peut déjà constater par le fait que la levure, semée dans une solution pure très diluée, ne com- mence son activité fermentatrice qu'après un certain temps.
Cette période inductive qui est nécessaire pour ra- mener une levure pressée, semée dans un moût dilué, à l'é- tat d'une cellule vivante est supprimée par le présent pro- cédé.
Un autre avantage du procédé par phases, par rap- port à ceux appliqués jusqu'ici, réside dans la possibilité que, suivant les rendements et qualités de levure qu'on veut obtenir, l'on peut interrompre les fermentations à la fin de l'une ou de l'autre phase, ce qui, pour le graphique de la fig. 2, se traduit par une courbe de longueur moindre
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mais dont la forme et la position n'ont pas été modifiées.
La réalisation du processus de croissance conforme à des courbes différentes de l'équation fondamentale I, peut être simplifiée et être obtenue avec plus de certitude du fait que les quantités de levure, obtenues respectivement à la fin des différentes phases, et les quantités de sucre à adjoindre, dans ces différentes phases, peuvent être dé- terminées à l'avance par calcul pour chaque valeur de # arbitrairement choisie.
En admettant que l'équation d'Euler puisse être appliquée à chaque phase, on obtient pour la première phase l'équation ql = a.e. ltl, pour la deuxième phase l'équation q2=q1.e 2 (t2-t1)=a.e. ltl.e 2(t2-t1) pour la troisième phase l'équation
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q3=q2'e (t2-tl)=a.e Jît1.e 2(ttl).e(t3't2)
La fermentation par phases, considérée comme un tout peut donc être exprimée par l'équation qn=a.e 1t1.e 2(t2-t1).e 3(t3-t2)...e n(tn-tn-1)
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ou à'i1 + L/'-- 2 (t2 -tl) + (t-t2).... n(tn-tn¯1 ) qn-a.e (équation II)
Dans cette équation, les valeurs a (la quantité de la levure introduite au début) et e (la base des logarihtmes naturels),sont connues. On désigne par n le nombre de phases adopté.
Les facteurs de propagation 1 à n ne peuvent se modifier, d'après ce qui est dit plus haut, que d'une quan- tité très faible si la forme de la courbe de propagation doit correspondre sensiblement à une courbe selon inéquation fondamentale I, de sorte que l'on peut introduire dans l'é- quation, à la place de 1 jusqu'à 4/ni une valeur constante c.
Si on adopte des valeurs déterminées pour tl,(t2 - t1),etc, c'est-à-dire si on adopte des durées de fermentation égales
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pour toutes les phases (la durée correspondant à la valeur tn ) ou si les durées des phases sont étagées selon les rè- n gles indiquées plus haut on peut calculer, après avoir adopté une valeur déterminée pour c selon la constitution voulue de la levure et le rendement qu'on veut obtenir, les valeurs de q1, q2 ....... qn, c'est-à-dire les quantités de levure qui doivent être formées à la fin des phases, pour que la levure croisse logarithmiquement en conservant exactement la valeur choisie pour la vitesse de croissance log q1 = log a + c t1. log e log q2 = log q1 +c(t2- t1)log e etc.
Au lieu des valeur ql, q2.......qn ainsi déterminées on peut et on doit évidemment, selon la capacité des ins- tallations, adopter des multiples de ces valeurs comme bases pour la réalisation pratique.
On peut également déterminer'par calcul les quan- tités de sucre qui doivent être adjointes à la levure au début de chaque phase pour qu'à la fin des phases les quanti- tés q1.....qn de levure puissent être formées pour un fac- # teur de propagation c déterminé.
En partant de l'idée que la consommation en substan- ces alimentaires doit, pour correspondre au processus de croissance selon l'équation d'Euler (en tenant compte des conditions qui ont été posées pour la valabilité de cette équation), augmenter avec le temps selon une fonction loga- rithmique, il résulte que l'équation d'Euler, sous sa forme primitive (équation I) et sous sa forme. dérivée (équation II) pour la fermentation par phases doit également convenir pour indiquer les relations existant entre la consommation en su- cre et le temps.
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Si on désigne par z1 la quantité de sucre nécessaire pour obtenir par la première phase et pour un facteur de propagation c, dans le temps t1 et en partant d'un poids a de levure mère, une quantité de levure ql et si on désigne, en outre, par u le poids da sucre qui est nécessaire pour obtenir la levure mère a et par 1 un facteur d'assimilation convenant à ce processus partiel on aura z1=u.e $1 t1 De même on obtient pour la deuxième phase z2= z1. e 2 (t2-t1). et, d'une façon générale z= z e n (tn-tn-1). zn= zn-1.e (équation III).
Comme on l'a constaté pour la valeur c de l'équation II on peut supposer que le facteur d'assimilation reste constant. En outre c et c doivent visiblement être égaux pour une même courbe de propagation.
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On obtient par l'équation II log qn - 109 qn-1 = 2.50259 # ± 2.30259 tn n-1 En outre par l'équation III log zon - log Zn-1 je = 3.50359 #-####r#### n tn-1 - long qn-log Cln-1 log z -log z - /c je 2.50259 tn- tn-1 2.30259 tn - tn-1 T o " tn- 'tn-1 ' tn - tn-1 log zn - log Zn-1 = log qn - log qn-1 log zn = log qn - log qn-1 + log zn-1 (équation IV)
L'équation IV exprime nettement les relations exis- tant entre le poids de la levure et la consommation en sucre, pour une valeur déterminée pour la vitesse de croissance de la levure. La quantité de sucre à ajouter au début de la première phase est obtenue par l'équation
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log zl = log ql - log a + log u.
Pour la deuxième phase,on a log z2 - log q2 - log ql + log zl etc..
L'expérience a finalement amené à un mode de réa- lisation le mieux approprié pour le procédé par phaseset qui s'écarte seulement, du mode de calcul exposé plus haut, par le fait qu'en introduisant une quantité relativement grande de levure mère (a) dans la fermentation par phases, la valeur n'est.,maintenue constante que pendant les phases qui suivent la fermentation initiale ou du début alors que dans les premières phases on prévoit, pour le calcul des quantités delevure à obtenir selon l'équation II, des valeurs qui sont inférieures à la valeur . C'est ainsi, par exemple qu'en travaillant d'après la courbe de propagation c = 0.10 à sept phases,
on choisit avantageusement 1 et
2 en dessous de 0.10 et on adopte seulement pour 3 jusqu'à 7 la valeur constance 0.10. De préférence on donne même à 1 une valeur inférieure à 2.
En se basant sur ces considérations mathématiques on peut imposer au traitement des conditions différentes en ce qui concerne le rendement ou la constitution de la levure à obtenir les résultats correspondant sensiblement à ceux déterminés par la théorie et pouvant, de toute façon, être appliqués avec plus de sûreté que par n'importe quel procédé connu. C'est ainsi que l'on peut vouloir obtenir certaines propriétés de la levure en ce qui concerne sa constitution chimique et sa teneur en enzymes et, en outre, son état physiologique le plus favorable pour sa conservation. De plus la possibilité existe ici comme ailleurs de pouvoir influencer la constitution de la levure récoltée par le
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choix de la semence (levure mère).
Il est à recommander d'effectuer les différentes phases de la fermentation dans des cuves séparées. La fig.4 montre, schématiquement, une installation convenant, dans ce sens, à la mise en oeuvre du procédé. On a désigné par
1, 2, 3, 4 et 5 les cuves de fermentation à capacité crois- sante et qui sont reliées par des dérivations 6, 7, 8, 9 et 10 obturables à une conduite commune 11 pour l'amenée de l'air. Les dérivations aboutissent au fond des cuves et com- portent des dispositifs appropriés pour la distribution de l'air. On a désigné par 12 la conduite d'amenée pour la solu- tion alimentaire d'où partent des conduites obturables 13,
14, 15 qui aboutissent dans les cuves 1, 2 et 3 à leur par- tie supérieure. Une quatrième dérivation 16 aboutit dans un récipient 17 qui est établi au-dessus des cuves 4 et 5.
Les cuves 1, 2, 3 et 4 sont reliées entre elles par des siphons obturables 18,19 et 20 qui partent du fond d'une cuve pour aboutir à la partie supérieure de la cuve suivante établie à un niveau plus bas. Une pompe 21 est reliée au fond du ré- cipient 4 et dans sa conduite d'aspiration débouche une dérivation 22 du siphon 20. La conduite de refoulement 23 aboutit à un robinet 24 à trois voies d'où partent deux tubes 25 et 26. L'un de ces tubes (25) débouche dans le ré- cipient 17 et du fond de celui-ci partent deux tubes obtu- rables 27,28 raccordés respectivement aux cuves 4 et 5. L'aut- tre tube 26 aboutit directement dans la cuve 5.
Le fonctionnement de cette installation est le sui- vant : Dans la cuve de fermentation 1 est introduite une quan- tité convenable de solution alimentaire et de semence de le- vure, de préférence une levure pure cultivée au laboratoire, cette semence pouvant ainsi se développer. Après la période
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de fermentation adoptée on ouvre l'obturateur du siphon 18 et le contenu de la cuve 1 passe dans la cuve 2 dans laquel- le, après adjonction d'une quantité convenable de solution alimentaire se fait la première phase de la propagation avec aération. On introduit alors dans la cuve 3 la solu- tion alimentaire pour la deuxième phase, cette cuve recevant ensuite, par ouverture de l'obturateur du siphon 19, le con- tenu de la cuve 2.
Il peut être avantageux de faire fonc- tionner les trois premières cuves dans lesconditions néces- saires à une culture absolument pure, ce qui donne une cer- titude plus grande pour l'obtention d'une levure pouvant être conservée pendant longtemps.
De la cuve 3 la solution peut être refoulée par le siphon ouvert 20 dans la cuve 4 dans laquelle s'écoule la solution alimentaire venant du récipient 17 en passant par la dérivation ouverte 27. On peut également mélanger le con- tenu de la cuve 3, avant son introduction dans la cuve 4, avec la solution alimentaire qui se trouve dans le récipient 17 et dans ce cas, on ouvre l'organe obturateur de la con- duite 22,qui part du siphon 20, le robinet 24 à trois voies se trouvant dans une position par laquelle la communication est établie entre les conduites 23 et 25 alors que la condui- te 26 est obturée.
On peut également introduire le contenu de la cuve 4 directement dans la cuve 5 ou faire passer ce contenu d'a- bord par le récipient 17. Dans le premier cas, la dérivation 22 est obturée et le robinet 24 occupe une position telle qu'il fait communiquer les conduites 28 et 26 et obture la conduite 25. Dans le deuxième cas, le robinet 24 obture la conduite 26 et établit la communication entre les conduites 25 et 25. La levure, quittant la cuve 5, est amenée aux
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séparateurs ou presses en passant par les conduites obtu- rables 29 et 30 partant du fond de ladite cuve.
Dans le cas où le processus de fermentation doit se faire en sept phases, on effectue plusieurs phases successi- vement dans les cuves 4 et 5 quand on n'à prévu des cuves séparées pour les différentes phases.
Suivant la façon dont se fait la fermentation on peut débarrasser les moûts de l'alcool, par distillation ou on peut renoncer à cette opération.
EXEMPLES DE REALISATION.
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1.- Fabrication d'une levure à grand pouvoir fer- mentatif et pouvant être conservée pendant un temps parti- culièrement long avec un rendement d'environ 85 % y compris la levure mère; - 7 phases-durée totale de la fermentation 26 1/2 heures - Durée de la fermentation des différentes phases : ti = 6 h ; (t2 - tl) = 4 h ; (t3- t2) = 3 h;(t4- t3) = 3 1/4 h; (t5 - t4) = 3 h ; (t6 - t5) = 3 1/2 h; (t7 - t6) = 3 3/4 h.
1= 0.06; 2= 0.12; 3 à 7( c) = 0.155. a(poids de la levure mère introduite dans la première phase) est de 10 kgs (poids sec). q1 à q7, déterminés par calcul, ont les valeurs suivantes: q1 = 14.30 kg à sec q2 = 23.16 " q3 = 36.88 " " q4 = 61.03 " " q5 = 97.16 " " q6= 167.2 " " q7 = 298.9 " "
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Pour déterminer les valeurs correspondantes pour z1 à z7 on doit d'abord calculer u, c'est-à-dire la quantité de sucre utilisée pour l'obtention de la levure mère a. La mélas- se est supposée être une solution de sucre à 50 %. Le poids à sec donne, par multiplication avec le facteur 3, 5,le poids de la levure.
On obtient donc, pour une valeur de a = 10 kg (poids sec), une valeur pour u = 3,5 x 10 x 100 = 20,6 kg de 2 x 85 sucre. Si on ne débute pas avec une levure mère mais avec une culture pure, à propager dans un procédé continu, on doit indiquer pour u la quantité de sucre exigée pour la produc- tion de la levure mère qui précède la fermentation par pha- ses proprement dite. z1= 29.53 kg z2 = 47,5 " z3= 75,97 rr z4= 125,7 " z5 = 200,2 " z6 = 344,3 " z7 = 6157 " q7 = 298.9 kg substance sèche, c'est-à-dire 298,9 x 3,5 = 1.046,2 kg de levure; z7 = 615,7 kg sucre, c'est-à-dire 1.231,4 kg de mélasse à 50 %.
Rendement 1.046,20 : 1.231,4 = 84,96 %.
Dans le cas où la cuve de fermentation, dans laquel- le s'effectue la dernière phase de fermentation, a une capa- cité d'environ 380 hl on peut obtenir dans celle-ci environ 1000 kg de levure; dans ces conditions le calcul ci-dessus donne directement les facteurs numériques nécessaires au fonctionnement.
Les quantités de mélasses à ajouter sont:
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pour la lère phase ( 29,5 - 20,6) x 2 = 18 kg mélasse " " 2ème phase ( 47,5 x 2) - 59 = 95 - 59 = 36 kg mélasse " " 3ème phase ( 76 x 2) - 95 = 152 - 95 = 57 kg mélasse " "4ème phase (126 x 2)- 152 = 252 . 152 = 100 kg mélasse " " 5ème phase (200 x 2)- 252 = 400 - 252 = 148 kg mélasse " " 6ème phase (344 x 2)- 400 = 688 - 400 = 288 kg mélasse " " 7ème phase (616 x 2)- 688 = 1232 - 688 = 544 kg mélasse
La mélasse utilisée pour le traitement de la levure est purifiée soigneusement d'après l'une quelconque des métho- des connues.
Il est à recommander de donner à la solution claire de mélasse une acidité titrable de 0,6 à 1,2 pour le tourne-sol. On prépare en outre des solutions aqueuses de sels alimentaires dont une contient 30 % en poids de sulfate d'am- monium (désignée ci-après par As) et dont l'autre contient 15 % de superphosphate (désignée ci-après par Ss).
Quand on part d'une culture pure obtenue au labora- toire, on introduit dans la cuve de fermentation 1,40 kg de la solution de mélasse, dont question plus haut, après l'avoir diluée jusqu'à environ 140 bg (Balling) 5 litres de la solu- tion As et 10 litres de la solution Ss, la solution alimen- taire ainsi obtenue étant encore une fois stérilisée dans la cuve et étant, après refroidissement et en tenant compte des conditions connues pour la culture pure absolue, ensemencée avec de la levure cultivée au laboratoire et étant laissée au re- pos pendant 15 à 2o heures à une température moyenne de 24 C; pour qu'elle puisse se propager. On obtient environ 10 kg de levure en tant que substance sèche.
Cette levure est utilisée comme levure mère pour la fermentation par phase proprement dite et qui se fait, dans l'exemple ci-dessus, en 7 fermentations partielles.
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EMI24.1
<tb>
Phase <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 20kg <SEP> mélasse, <SEP> 3 <SEP> lit. <SEP> solution <SEP> As, <SEP> 5 <SEP> lit.solutionSs
<tb>
<tb> Phase <SEP> 2: <SEP> 40 <SEP> Il <SEP> " <SEP> 5 <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 10 <SEP> Il <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb> Phase <SEP> 3: <SEP> 60 <SEP> " <SEP> " <SEP> 9 <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 18 <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb> Phase <SEP> 4: <SEP> 100 <SEP> " <SEP> " <SEP> 15 <SEP> n <SEP> " <SEP> " <SEP> 30 <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb> Phase <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 150 <SEP> " <SEP> " <SEP> 25 <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 40 <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb> Phase <SEP> 6:
<SEP> 300 <SEP> " <SEP> " <SEP> 60 <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 80 <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb> Phase <SEP> 7 <SEP> 550 <SEP> " <SEP> " <SEP> 100 <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 120 <SEP> " <SEP> "
<tb>
Pour la phase 1 on introduit la levure mère mure et pour chacune des autres phases on introduit la levure obte- nue dans la phase précédente dans la solution alimentaire con- venablement préparée et correspondant à la phase en question.
Il est à recoramander d'utiliser des solutions alimentaires avec mélasse de plus en plus diluée au fur et à mesure qu'a- vance la fermentation par phases et cela, par exemple, en adop- tant pour la première phase une solution de mélasse de 10 à 15 bG et pour la dernière phase une solution de mélasse de 3 à 6 bG. Il est,en outre,avantageux de choisir de manière telle les conditions d'acidité qu'au fur et à mesure que la fermentation avance, on ait une acidité de plus en plus fai- ble, ceci, par exemple, en adoptant pour la première phase une acidité titrable de 4 à 6 et pour la dernière phase de 0,2 à 0,6 , le tournesol étant employé comme indicateur.
A cet effet on ajoute, au début, des acides et dans les pha- ses suivantes on réduit l'acidité de l'acide sulfurique, four- ni par le sulfate d'ammonium, dans le cas où le degré d'a- cidité ne diminuerait pas constamment de lui-même, en ayant recours aux moyens neutralisateurs ordinairement utilisés à cet effet.
L'intensité avec laquelle se fait l'aération augmen- te de phase en phase et atteint jusqu'à 12 m3 par hectolitre de moût en fermentation au cours de la dernière phase.
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En adjoignant la levure en fermentation de la phase précédenteà la solution alimentaire de la phase immédia- tement suivante on doit veiller à ce que l'on obtienne un mélange intime de ces deux matières. Quand la dernière fer- mentation partielle est terminée, la levure est centrifugée et pressée.
Au lieu de partir d'une culture pure et d'intro- duire celle-ci dans la cuve 1 pour obtenir sa propagation, on peut, en restant dans le domaine de l'exemple précédent, introduire directement 10 x 3,5 kg de levure mère appropriée dans la cuve 2.
2. - Obtention d'une levure à grand pouvoir fermen- tati.f avec un rendement de 60 % - 7 phases - durée totale de la fermentation et durée des différentes phases comme pour l'exemple 1.
1=0.03;2= 0.075 ; 3 à 7 (c)=0.10;a = 10 kg poids sec.
On obtient, en procédant par calcul comme pour l'e- xemple 1, q1 = 11,97; q2 = 16,16; q3 = 21,82; q4 = 30,19; q5 = 40,75; q6 = 57,83; q7 = 84,13 kg de levure (poids sec). u = 29,2 kg de sucre. z1= 34,96; z2 = 47,19; z3 = 63,55; z4 = 88,16; z5 = 119,00; z6 = 168,8; z7 = 245,6 kg de sucre.
Selon la capacité de l'installation, les valeurs trouvées pour u et pour z1 jusqu'à z7 sont à multiplier avec un facteur approprié, les adjonctions de mélasse aux diffé- rentes phases étant ensuite calculées exactement comme pour l'exemple 1. L'aération et les températures sont réglées en conséquence pour adapter le processus de fermentation le
A -
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plus exactement possible aux valeurs de q pour les différen- tes phases. A cause de la faible montre de la courbe levure- temps, la température doit être maintenue plus faible et l'a- ération doit être moins intense que pour les fermentations pour lesquelles la courbe levure-temps monte d'une façon plus raide et donne donc un rendement plus élevé en levure.
La température varie, dans ce cas, entre 22 et 28 C. et l'aé- ration entre 2 à 7 m3 d'air par hectolitre de liquide en fer- mentation. L'adjonction de substances alimentaires contenant de l'azote et du phosphore se fait d'une manière analogue à celle du sucre. Il est à recommander, dans ce cas, de pro- céder à la récupération d'alcool.
Sur la fig. 5 on a montré les rapports existant entre le poids de levure et la consommation en sucre pour les différentes phases, les poids de levure étant marqués en ordonnées et les quantités de sucre, introduites au début des phases, en abcisses. La ligne a correspond à une valeur ('=0.10 la ligne b à une valeur 7 1 -- = 0.155 et la ligne c à la valeur obtenue en pratique pour la réalisation du procédé selon l'exemple 1.
Le procédé par "adjonction progressive" présente avec le procédé par phases l'analogie que les substances ali- mentaires sont introduites progressivement. Par contre il existe cette différence que pour le procédé par phases, le processus de propagation est décomposé en plusieurs fermenta- rions successives partielles de volume croissant, chaque phase constituant à elle seule un processus de fermentation indépendant, la levure étant soumise au début de chaque phase -- comme pour le procédé d'aération primitif -- à l'ac- tion de toute la substance alimentaire nécessaire pour cette phase, le processus de propagation pour chaque phase étant poursuivi jusqu'au moment où la totalité ou la presque tota-
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lité du sucre fermentescible, introduit au début de la phase, a été consommé.
Alors que pour le procède par adjonction progressive selon toutes ses variantes on maintient, par le remplacement des substances alimentaires au fur et à mesure de leur consommation sensiblement la même dilution ou une dilution qui est à peu près la même à l'exception, tout au plus, de la production de la levure mère par les premières générations,chaque phase, pour le procédé par phases, reçoit au début et avec un excès relativement grand les différentes substances alimentaires.
La quantité de substances alimentaires fournie, pour chaque phase, à la levure n'est pas déterminée en rapport avec le volume de la solution alimentaire (donc en ce qui concerne la concen- tration) mais doit être calculée de manière telle que la levure, qui augmente de phase en phase, puisse s'accroître d'une quantité déterminée. Le procédé par phases se distin- gue notablement du procédé par aération ordinaire par le fait que de phase en phase on a recours à des quantités de liquide de plus en plus grandes, la. levure obtenue par la phase précédente (sans séparation) servant comme levain pour la phase immédiatement suivante.