CA1331357C - Procede de liquefaction de betteraves et de racines de chicoree par hydrolyse enzymatique et hydrolysat liquide obtenu - Google Patents
Procede de liquefaction de betteraves et de racines de chicoree par hydrolyse enzymatique et hydrolysat liquide obtenuInfo
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- CA1331357C CA1331357C CA000541514A CA541514A CA1331357C CA 1331357 C CA1331357 C CA 1331357C CA 000541514 A CA000541514 A CA 000541514A CA 541514 A CA541514 A CA 541514A CA 1331357 C CA1331357 C CA 1331357C
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Abstract
Procédé de liquéfaction de betteraves et de racines de chicorée Par hydrolyse enzymatique et hydrolysat liquide obtenu. ABREGE DESCRIPTIF L'invention se rapporte aux biotechnologies. Elle concerne un procédé de liquéfaction de betteraves ou de racines de chicorée mettant en jeu un mélange d'enzymes comprenant une SPS-ase, une cellulase et une cellobiase. Le produit obtenu est utile notamment pour la préparation d'alcool éthylique par fermentation.
Description
~ 3 ~ 3 ~ 7 Procédé de liquéfaction de betteraves et de racines de chicorée par hydrolyse enzymatique et hydrolysat liquide obtenu L'invention concerne un procédé de liquéfaction de betteraves et de racines de chicorée par voie enzymati-que et l'hydrolysat liquide obtenu.
Le mode habituel de traitement des betteraves ~ sucre consiste ~ les découper en fines lanières (cos-settes et ~ extraire le saccharose de celles-ci par diffu-sion. On obtient ainsi un jus sucré qui peut ~ervir à
la production de sucre pour l'alimentation. On peut au~si faire subir à ce jus sucré une fermentation alcoolique pour produire de l'alcool éthylique. Après l'extraction par diffusion, il reste une pulpe qui peut servir, apr~s séchage, à l'alimentation du bétail.
La présente invention a pour objet un nouveau procédé visant à convertir directement les betteraves par voie enzymatique en un hydrolysat liquide, sans avoir recours ~ une e~traction par diffusion, et sans nécessité
d'un ajout d'eau avant ou pendant le traitement.
~;Par ailleurs~ il a et~ trouve que le procédé de l'invention pouvait etre appliqué également aux racines de chicorée.
Plus précisément, l'invention concerne un procédé
de liquéfaction de betteraves ou de racines de chicorée comprenant les étapes suivantes :
a) broyer grossièrement des betteraves ou des racines de chicorée prealablement lavées de façon ~ les réduire en petits morceau~ ;
I b) a~outer et mélanger aux betteraves ou aux racines de i~chicorée, pendant ou après leur broyage, une proportion efficace d'un mélange d'enzymes comprenant au moins une SPS-~se, une cellulase et une cellobiase, et un acide de façon ~ régler le pH du produit broyé dans la gamme de 3 5,5 environ ~7:
-- 2 - ~ ~ 3 ~ '~ V S?
c) laisser le mélange d'enzymes effectuer une préhydrolyse du produit broyé pendant 1 à 6 heures environ;
d) après l'étape c), broyer finement le produit;
e) poursuivre l'hydrolyse du produit broyé résultant de l'étape c) par le mélange d'enzymes pendant 20 à 120 heures environ; et f) récupérer le produit hydrolysé liquide résultant.
¦ Le procédé de l'invention est applicable tant aux ¦ 10 betteraves à sucre qu~aux betteraves fourragères et aux ¦ hybrides de ces types de betteraves.
Le broyage grossier a) des betteraves ou des racines de chicorée peut s'effectuer sans addition d'eau dans tout type de broyeur-malaxeur approprié, par exemple du 15 type à hélice rotative. Dans cette étape, les betteraves ou les racines de chicorée sont broyées en petits morceaux d'une grosseur de l'order de 1 cm en~iron.
L'acide ajouté dans l'~tape ~) peut être un acide minéral ou organique. L'acide sulfurique convient parti-20 culièrement bier,. On ajoute l'acide de fa~on que le pH
soit dans la gamme de 3-5,5, de pr~férence 3,5-5. Le mé-lange d'enzvmes utilisé tant pour effectuer la préhydrolyse c) que l'hydrolyse e) doit comprendre au moins une SPS-ase, une cellulase et une cellobiase.
25Il est souvent nécessaire d'ajouter ln agent bac-tériostatique n'affectant pas l'action des enzy~es dans tape b). Un exemple d'agent bactériostatique utilisable est le formoi à raison d'environ 0,5 à 2 litres par tonne , de betteraves ou de racines de chicorée (0,05 à 0,2%), de ,30 préférence à r~ison d'environ 1 litre par tonne (0,1%).
Cet agent sert à éviter les proliférations nicrobiennes.
'Des agents bactériostatiques autres que le formol pour-;raient ~ien sûr être utilisés, mais le formol présente l'avantage d'etre bon marché et facilement disponible.
~5 La SPS-ase et sa préparation sont décrites en détail dans FR-A-2 518 570 au nom de NOVO INDUSTRI A/S.
Cette enzgme est ordinairement obtenue ~ partir de mi-croorganismes du genre As~er~illus.
', ~
A
- 3 ~
Une composition d'enzymes contenant de la SPS-ase, de la cellulase et de la cellobiase, est commercialisée par la Société danoise NOVO INDUSTRI A/S sous la désigna-tion "SP 249" et pr~sente les activit~s enzymatiques 5Ui-vantes, décrites selon la nomenclature internationale.Pectinases :
Pectinest~rase - EC 3.1.1.11 Polygalacturonase - EC 3.2.1.15 Exopolygalacturonase - E~ 3.2.1.67 Pectinelyase (transeliminase) - EC 4.2.2.2.
Cellulases :
Endo 1,4 beta-glucanase - EC 3.2.1.4 Hemicellulases :
Alpha-glucosidase - EC 3.2.1.20 15 Beta-glucosidase - EC 3.2.1.21 Alpha-galactosidase - EC 3.2.1.22 ¦ ~êta-galactosidase - EC 3.2.1.23 ¦ Beta-m~nnosidase - EC 3.2.1.25 ¦ Alpha-L ara~inofur~nosidase - EC 3.2.1.55 ~ 20 Endo 1,4 beta-mannanase - EC 3.2.1.78 ¦Le "SP 249" est un liquide brun dont les ~p~cifi-cations principales sont les suivantes :
polygalacturonase (EC 3.2.1.15) 9640 PGU/g pectinase 215~KPU/g SPS-ase 29SPSU/g cellulase (EC 3.2.1.4.) 673 A-NCU/g glucanase fongique (EC 3.2.1.4)84 FBGU/g hemicellulase (EC 3.2.1.78) 225 KVHCU/g Comme les activit~s de cellulase et de cellobiase 30 de la SP 249 sont assez faibles, on peut les renforcer ipar addition d'enzymes cellulase et cellobiase supplémen-taire~. Une telle addition est nécessaire dans le cas du traitement des betteraves et seulement optionnelle dans le cas du traitement de racines de chicorée.
Comme cellulase, on peut, par exemple, utiliser ;~
celle produite par fermentation submergée d'une souche de Trichoderma reesei. Un exemple de cellulase de ce type ',est le produit Celluclast ~ vendl~ par la Société danoise :
: ;,.
: ,`~
-- 4 - ,~ ~3~ 3~7 NOVO INDUSTRI A/S. Le Celluclast ~ présente une activit~
cellul~se de 1500 ANCU/g et possède également des exo-activités cellobiohydrolase (EC 3.2.1.91) et exo-beta-1,4D-glucosidase (EC 3.2.1.74) et l'endo activit~ endo-b~ta-1,4D-glucanase (EC 3.2.1.4). Une autre cellulase du commerce utile est la "SP-300" ~galement de NOVO INDUSTRI
A/S, Comme cellobiase, on peut, par exemple, utiliser celle produite par fermentation su~mergée d'une souche d'AsPerqillus-niqer~ Un exemple de cellobiase de ce type est le produit "Novoæym 188" vendu par la Soci~té danoise NOVO INDUSTRI A/S, qui présente une activité cellobiase de 250 CBU/g.
Ces enzymes peuvent etre utilisées en proportions relatives variées. A titre indicatif, on peut utiliser 50-75% de SP 249, 5-50% de Celluclast et 5-50% de Novozym 188, ces proportions étant en poids par rapport au poids total d'enzymes. D'autres enzymes telles que des pectina-ses, des glucanases, des galactomannases, des protéases, etc... peuvent ~tre présentes dans le m~lange d'enzymes précité, si désiré.
La proportion d'enzymes par rapport au~ betteraves ou aux racines de chicorée peut elle aussi varier large-~ent. En termes d'unités d'activité par kg de matières 25 sèches contenues dans les betteraves ou racines de chico-r~e, les enzymes pourront etre utilisées dans les ~ammes suivantes : :
Unités/ka de mati~res sèc'hes, Enzvme Gamme larqe Gamme préférée SPS-ase 15 à 800 20 ~ lgO
Cellulase 380-42000 700 à 7000 Cellobiase 10-4500 20 à 400 Les enzymes optionnelles pourront, de leur c~t~, etre présentes dans les gammes d'activité suivantes Unités/kq de matiares sèches EnzYme Gamme larae Gamme Priéf~rée Polygalacturonase 5000-250000 9000 ~ 60000 -- - 5 - ~ ~3~ 3~7 Pectinase 1000-55000 2000 à 14000 ~ glucanase fongique 40-2500 80 ~ 550 Hemicellulase 120-6000 200 ~ 1500 Lorsyu'on utilise les mélanges des produits du 5commerce SP 249, Celluclast et Novozym 188, ces gammes correspondent sensiblement ~ 0,5 ~ 5 kg de mélange par tonne de betteraves ou racines de chicor~e.
Il y a lieu de noter que les unités d'activité
des enzymes indiquées correspondent aux unit~s déterminées par les méthodes mises au point par la Société NOVO
INDUSTRI A/Sr lesquelles sont disponibles auprès de cette Société sur demande.
Pour une activité optimale des enzymes, la tempé-rature au cours des étapes de préhydrolyse et d'hydrolyse sera comprise entre 35 et 60C. De préférence, la tempéra-ture sera comprise entre 35 et 55~C pendant la préhydrolyse c) et entre 45 et 55C pendant l'hydrolyse e).
La dur~e de l'étape de préhydrolyse c) peut aller de 1 ~ 6 heures, de préférence 1 ~ 3 heures, et celle 20de l'hydrolyse e) peut aller de 20 ~ 120 heures de pr~fé-rence de 24 à 72 heures.
L'étape d) de broyage fin à l'~tat de bouillie, peut se mettre en oeuvre dans tous appareils exerçant un effet de cisaillement important. Un exemple d'appareil qui ~; 25 s'est révélé particulièrement bien convenir est un dépas-tilleur du genre de ceux utilisés par l'industrie de la p~te à papier. Dans cette étape les morceaux de bettera~es sont réduits ~ une grosseur de l'ordre de 0,1 mm environ ou moins. ~ -~
30Le procédé ~ui vient d'etre décrit constitue le proc~dé de ~ase de l'invention.
Ce proc~dé peut etre amélior~ en le combinant avec un ou plusieurs des perfectionnements à caractère facultatif suivants :
35Un premier perfectionnement consiste ~ effectuer avant ou pendant l'étape de broyage grossier (a), un trai-tement thermi~ue des betteraves ou des racines de chicorée consistant à les chauffer ~ une temp~rature de 70 ~ 90C ~ ~
:-:
-~ 6 - 1 39~ 7 pendant quelques minutes ~ l heure environ, par exemple l'aide de vapeur d'eau. Ce traitement thermique a plu-sieurs effets avantageux :
- il facilite la mise en morceaux des betteraves ou des racines de chicorée dans l'étape (a), - il permet de réduire la quantité d'agent bactériostatique à
utiliser, voire de le supprimer.
- il permet d'éliminer ou réduire fortement le moussage qui peut se produire dans l'~tape (a), - il permet de limiter considérablement le brunis-sement des morceaux de betteraves et d'obtenir des sirops d'hydrolysat de betteraves très peu color~s, alors que les produits o~tenus sans traitement thermique sont brun foncé ~ noir, - pour une dose d'enzymes donnée, il am~liore les caractéristiques de l'hydrolysat (viscosité plus faible et taux de conversion plus élevé) GU bien permet d'employer une dose d'enzymes plus faible pour obtenir une viscosité
et un taux de conversion donnés pour l'hydrolysat.
Un deuxieme perfectionnement consiste à opérer après l'étape d'hydrolyse (e) une post-hydrolyse effectuée une température égale plus ~levée que l'~tape d'hydrolyse ~ proprement dite, de préférence dans la gamme de 55 et ; 75C. Cette post-hydrolyse sera également conduite habi-tuellement à un pH plus bas que l'hydrolyse, dans le cas o~ on n'ajoute pas d'enzymes additionnels comme défini ci-apres ~ propos du troisième perfectionnement, tout en ne descendant pas au dessous d'un pH de 3. Par exemple, si l'hydrolyse (e) est conduite ~ pH 4, la post-hydrolyse pourra etre conduite à pH 3. Dans le cas o~ on ajoute des enzymes additionnels, le p~ sera aju~t~ en fonction du pH
optimal pour l'activit~ enzymatique. La duree de cette post-hydrolyse peut aller de quelques minutes ~ lO heures environ.
L'utilisation d'une ~tape de post-hydrolyse permet d'améliorer la conversion en glucose et fructose au detri-ment des polyosides d'un degr~ de polymérisation de 2 (saccharose) et plus.
- 7 - ~ s 7 Un troisi~me perfectionnement con~iste ~ utiliser, en plus du mélanse d'enzymes d~fini, une invertase ou une inulinase o~, de pr~férence, un m~lange de ces deux enzymes. L'addition d l'en~y~e ou mélange d'er,z;r,es peut se faire ~ raison àe lOO ~ lOOOO INU/kg de matières sè-ches. Cette addition ?e~t se fairP simultan~ment ~ celle des au~res en"ymes ou postérieure~.ent, par e~emple pendant l'étape d'hydrolys~ o~ de post-hydrolyse. Un mélange d'enzymes invertasetinulir.ase fongique qui con~ient par~i-culièrement bien est celui com~ercialisé sous la désigna-tion comm~rciale "Ncvozym 230" par la Société NOVO
INDUSTRl A/S, ou une invertase de levure.
L'utilisation d~ cet ou ces enzymes additionnels permet, comme le druxi~me perfectionnement ci-decsus, d'améliorer la conversion en glucose et fructose au détr~-ment des pGlyosid~s d'un degré de polymérisation de 2 (saccharose) et plus.
L'invention concerne également, à titre de produit nouveau, un produit aqueux liquide obtenu directement par 2C hydrolyse enzymatique de betteraves ou de racines de chicorée, caractérisé en ce qu'il contient, comme principaux ingredients, du glucose, du fructose, des polyosides ayant des degrés de polymérisation de 2 et 3, des pentoses, de l'acide galacturonique et des composés azotés, ce produit ayant un pH acide, une viscosité non supérieure à 300 mPa.s, et une teneur en matières solides en suspension n'excédant pas 2% en poids.
IElle concerne, en particulier un tel produit aqueux ¦liquide ayant un pH de 4 à 5 et une viscosité non supérieure ~G à 150 mPa.s.
Elle concerne également les produits aqueux obtenus par concentration et éventuellement, clarification dudit produit aqueux liquide.
Par exemple, en partant de betteraves sucrières ayant la composition typique suivante:
CONSTITUANTS KG/T
I NON SUCRE SOLUBLES (l) 20 ~, B -:
~33 ~7 INSOLUBLES (2) 50 dont CELLULOSE 10 (1) mati~re organique et min~rale soluble autre que le saccharose
Le mode habituel de traitement des betteraves ~ sucre consiste ~ les découper en fines lanières (cos-settes et ~ extraire le saccharose de celles-ci par diffu-sion. On obtient ainsi un jus sucré qui peut ~ervir à
la production de sucre pour l'alimentation. On peut au~si faire subir à ce jus sucré une fermentation alcoolique pour produire de l'alcool éthylique. Après l'extraction par diffusion, il reste une pulpe qui peut servir, apr~s séchage, à l'alimentation du bétail.
La présente invention a pour objet un nouveau procédé visant à convertir directement les betteraves par voie enzymatique en un hydrolysat liquide, sans avoir recours ~ une e~traction par diffusion, et sans nécessité
d'un ajout d'eau avant ou pendant le traitement.
~;Par ailleurs~ il a et~ trouve que le procédé de l'invention pouvait etre appliqué également aux racines de chicorée.
Plus précisément, l'invention concerne un procédé
de liquéfaction de betteraves ou de racines de chicorée comprenant les étapes suivantes :
a) broyer grossièrement des betteraves ou des racines de chicorée prealablement lavées de façon ~ les réduire en petits morceau~ ;
I b) a~outer et mélanger aux betteraves ou aux racines de i~chicorée, pendant ou après leur broyage, une proportion efficace d'un mélange d'enzymes comprenant au moins une SPS-~se, une cellulase et une cellobiase, et un acide de façon ~ régler le pH du produit broyé dans la gamme de 3 5,5 environ ~7:
-- 2 - ~ ~ 3 ~ '~ V S?
c) laisser le mélange d'enzymes effectuer une préhydrolyse du produit broyé pendant 1 à 6 heures environ;
d) après l'étape c), broyer finement le produit;
e) poursuivre l'hydrolyse du produit broyé résultant de l'étape c) par le mélange d'enzymes pendant 20 à 120 heures environ; et f) récupérer le produit hydrolysé liquide résultant.
¦ Le procédé de l'invention est applicable tant aux ¦ 10 betteraves à sucre qu~aux betteraves fourragères et aux ¦ hybrides de ces types de betteraves.
Le broyage grossier a) des betteraves ou des racines de chicorée peut s'effectuer sans addition d'eau dans tout type de broyeur-malaxeur approprié, par exemple du 15 type à hélice rotative. Dans cette étape, les betteraves ou les racines de chicorée sont broyées en petits morceaux d'une grosseur de l'order de 1 cm en~iron.
L'acide ajouté dans l'~tape ~) peut être un acide minéral ou organique. L'acide sulfurique convient parti-20 culièrement bier,. On ajoute l'acide de fa~on que le pH
soit dans la gamme de 3-5,5, de pr~férence 3,5-5. Le mé-lange d'enzvmes utilisé tant pour effectuer la préhydrolyse c) que l'hydrolyse e) doit comprendre au moins une SPS-ase, une cellulase et une cellobiase.
25Il est souvent nécessaire d'ajouter ln agent bac-tériostatique n'affectant pas l'action des enzy~es dans tape b). Un exemple d'agent bactériostatique utilisable est le formoi à raison d'environ 0,5 à 2 litres par tonne , de betteraves ou de racines de chicorée (0,05 à 0,2%), de ,30 préférence à r~ison d'environ 1 litre par tonne (0,1%).
Cet agent sert à éviter les proliférations nicrobiennes.
'Des agents bactériostatiques autres que le formol pour-;raient ~ien sûr être utilisés, mais le formol présente l'avantage d'etre bon marché et facilement disponible.
~5 La SPS-ase et sa préparation sont décrites en détail dans FR-A-2 518 570 au nom de NOVO INDUSTRI A/S.
Cette enzgme est ordinairement obtenue ~ partir de mi-croorganismes du genre As~er~illus.
', ~
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- 3 ~
Une composition d'enzymes contenant de la SPS-ase, de la cellulase et de la cellobiase, est commercialisée par la Société danoise NOVO INDUSTRI A/S sous la désigna-tion "SP 249" et pr~sente les activit~s enzymatiques 5Ui-vantes, décrites selon la nomenclature internationale.Pectinases :
Pectinest~rase - EC 3.1.1.11 Polygalacturonase - EC 3.2.1.15 Exopolygalacturonase - E~ 3.2.1.67 Pectinelyase (transeliminase) - EC 4.2.2.2.
Cellulases :
Endo 1,4 beta-glucanase - EC 3.2.1.4 Hemicellulases :
Alpha-glucosidase - EC 3.2.1.20 15 Beta-glucosidase - EC 3.2.1.21 Alpha-galactosidase - EC 3.2.1.22 ¦ ~êta-galactosidase - EC 3.2.1.23 ¦ Beta-m~nnosidase - EC 3.2.1.25 ¦ Alpha-L ara~inofur~nosidase - EC 3.2.1.55 ~ 20 Endo 1,4 beta-mannanase - EC 3.2.1.78 ¦Le "SP 249" est un liquide brun dont les ~p~cifi-cations principales sont les suivantes :
polygalacturonase (EC 3.2.1.15) 9640 PGU/g pectinase 215~KPU/g SPS-ase 29SPSU/g cellulase (EC 3.2.1.4.) 673 A-NCU/g glucanase fongique (EC 3.2.1.4)84 FBGU/g hemicellulase (EC 3.2.1.78) 225 KVHCU/g Comme les activit~s de cellulase et de cellobiase 30 de la SP 249 sont assez faibles, on peut les renforcer ipar addition d'enzymes cellulase et cellobiase supplémen-taire~. Une telle addition est nécessaire dans le cas du traitement des betteraves et seulement optionnelle dans le cas du traitement de racines de chicorée.
Comme cellulase, on peut, par exemple, utiliser ;~
celle produite par fermentation submergée d'une souche de Trichoderma reesei. Un exemple de cellulase de ce type ',est le produit Celluclast ~ vendl~ par la Société danoise :
: ;,.
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-- 4 - ,~ ~3~ 3~7 NOVO INDUSTRI A/S. Le Celluclast ~ présente une activit~
cellul~se de 1500 ANCU/g et possède également des exo-activités cellobiohydrolase (EC 3.2.1.91) et exo-beta-1,4D-glucosidase (EC 3.2.1.74) et l'endo activit~ endo-b~ta-1,4D-glucanase (EC 3.2.1.4). Une autre cellulase du commerce utile est la "SP-300" ~galement de NOVO INDUSTRI
A/S, Comme cellobiase, on peut, par exemple, utiliser celle produite par fermentation su~mergée d'une souche d'AsPerqillus-niqer~ Un exemple de cellobiase de ce type est le produit "Novoæym 188" vendu par la Soci~té danoise NOVO INDUSTRI A/S, qui présente une activité cellobiase de 250 CBU/g.
Ces enzymes peuvent etre utilisées en proportions relatives variées. A titre indicatif, on peut utiliser 50-75% de SP 249, 5-50% de Celluclast et 5-50% de Novozym 188, ces proportions étant en poids par rapport au poids total d'enzymes. D'autres enzymes telles que des pectina-ses, des glucanases, des galactomannases, des protéases, etc... peuvent ~tre présentes dans le m~lange d'enzymes précité, si désiré.
La proportion d'enzymes par rapport au~ betteraves ou aux racines de chicorée peut elle aussi varier large-~ent. En termes d'unités d'activité par kg de matières 25 sèches contenues dans les betteraves ou racines de chico-r~e, les enzymes pourront etre utilisées dans les ~ammes suivantes : :
Unités/ka de mati~res sèc'hes, Enzvme Gamme larqe Gamme préférée SPS-ase 15 à 800 20 ~ lgO
Cellulase 380-42000 700 à 7000 Cellobiase 10-4500 20 à 400 Les enzymes optionnelles pourront, de leur c~t~, etre présentes dans les gammes d'activité suivantes Unités/kq de matiares sèches EnzYme Gamme larae Gamme Priéf~rée Polygalacturonase 5000-250000 9000 ~ 60000 -- - 5 - ~ ~3~ 3~7 Pectinase 1000-55000 2000 à 14000 ~ glucanase fongique 40-2500 80 ~ 550 Hemicellulase 120-6000 200 ~ 1500 Lorsyu'on utilise les mélanges des produits du 5commerce SP 249, Celluclast et Novozym 188, ces gammes correspondent sensiblement ~ 0,5 ~ 5 kg de mélange par tonne de betteraves ou racines de chicor~e.
Il y a lieu de noter que les unités d'activité
des enzymes indiquées correspondent aux unit~s déterminées par les méthodes mises au point par la Société NOVO
INDUSTRI A/Sr lesquelles sont disponibles auprès de cette Société sur demande.
Pour une activité optimale des enzymes, la tempé-rature au cours des étapes de préhydrolyse et d'hydrolyse sera comprise entre 35 et 60C. De préférence, la tempéra-ture sera comprise entre 35 et 55~C pendant la préhydrolyse c) et entre 45 et 55C pendant l'hydrolyse e).
La dur~e de l'étape de préhydrolyse c) peut aller de 1 ~ 6 heures, de préférence 1 ~ 3 heures, et celle 20de l'hydrolyse e) peut aller de 20 ~ 120 heures de pr~fé-rence de 24 à 72 heures.
L'étape d) de broyage fin à l'~tat de bouillie, peut se mettre en oeuvre dans tous appareils exerçant un effet de cisaillement important. Un exemple d'appareil qui ~; 25 s'est révélé particulièrement bien convenir est un dépas-tilleur du genre de ceux utilisés par l'industrie de la p~te à papier. Dans cette étape les morceaux de bettera~es sont réduits ~ une grosseur de l'ordre de 0,1 mm environ ou moins. ~ -~
30Le procédé ~ui vient d'etre décrit constitue le proc~dé de ~ase de l'invention.
Ce proc~dé peut etre amélior~ en le combinant avec un ou plusieurs des perfectionnements à caractère facultatif suivants :
35Un premier perfectionnement consiste ~ effectuer avant ou pendant l'étape de broyage grossier (a), un trai-tement thermi~ue des betteraves ou des racines de chicorée consistant à les chauffer ~ une temp~rature de 70 ~ 90C ~ ~
:-:
-~ 6 - 1 39~ 7 pendant quelques minutes ~ l heure environ, par exemple l'aide de vapeur d'eau. Ce traitement thermique a plu-sieurs effets avantageux :
- il facilite la mise en morceaux des betteraves ou des racines de chicorée dans l'étape (a), - il permet de réduire la quantité d'agent bactériostatique à
utiliser, voire de le supprimer.
- il permet d'éliminer ou réduire fortement le moussage qui peut se produire dans l'~tape (a), - il permet de limiter considérablement le brunis-sement des morceaux de betteraves et d'obtenir des sirops d'hydrolysat de betteraves très peu color~s, alors que les produits o~tenus sans traitement thermique sont brun foncé ~ noir, - pour une dose d'enzymes donnée, il am~liore les caractéristiques de l'hydrolysat (viscosité plus faible et taux de conversion plus élevé) GU bien permet d'employer une dose d'enzymes plus faible pour obtenir une viscosité
et un taux de conversion donnés pour l'hydrolysat.
Un deuxieme perfectionnement consiste à opérer après l'étape d'hydrolyse (e) une post-hydrolyse effectuée une température égale plus ~levée que l'~tape d'hydrolyse ~ proprement dite, de préférence dans la gamme de 55 et ; 75C. Cette post-hydrolyse sera également conduite habi-tuellement à un pH plus bas que l'hydrolyse, dans le cas o~ on n'ajoute pas d'enzymes additionnels comme défini ci-apres ~ propos du troisième perfectionnement, tout en ne descendant pas au dessous d'un pH de 3. Par exemple, si l'hydrolyse (e) est conduite ~ pH 4, la post-hydrolyse pourra etre conduite à pH 3. Dans le cas o~ on ajoute des enzymes additionnels, le p~ sera aju~t~ en fonction du pH
optimal pour l'activit~ enzymatique. La duree de cette post-hydrolyse peut aller de quelques minutes ~ lO heures environ.
L'utilisation d'une ~tape de post-hydrolyse permet d'améliorer la conversion en glucose et fructose au detri-ment des polyosides d'un degr~ de polymérisation de 2 (saccharose) et plus.
- 7 - ~ s 7 Un troisi~me perfectionnement con~iste ~ utiliser, en plus du mélanse d'enzymes d~fini, une invertase ou une inulinase o~, de pr~férence, un m~lange de ces deux enzymes. L'addition d l'en~y~e ou mélange d'er,z;r,es peut se faire ~ raison àe lOO ~ lOOOO INU/kg de matières sè-ches. Cette addition ?e~t se fairP simultan~ment ~ celle des au~res en"ymes ou postérieure~.ent, par e~emple pendant l'étape d'hydrolys~ o~ de post-hydrolyse. Un mélange d'enzymes invertasetinulir.ase fongique qui con~ient par~i-culièrement bien est celui com~ercialisé sous la désigna-tion comm~rciale "Ncvozym 230" par la Société NOVO
INDUSTRl A/S, ou une invertase de levure.
L'utilisation d~ cet ou ces enzymes additionnels permet, comme le druxi~me perfectionnement ci-decsus, d'améliorer la conversion en glucose et fructose au détr~-ment des pGlyosid~s d'un degré de polymérisation de 2 (saccharose) et plus.
L'invention concerne également, à titre de produit nouveau, un produit aqueux liquide obtenu directement par 2C hydrolyse enzymatique de betteraves ou de racines de chicorée, caractérisé en ce qu'il contient, comme principaux ingredients, du glucose, du fructose, des polyosides ayant des degrés de polymérisation de 2 et 3, des pentoses, de l'acide galacturonique et des composés azotés, ce produit ayant un pH acide, une viscosité non supérieure à 300 mPa.s, et une teneur en matières solides en suspension n'excédant pas 2% en poids.
IElle concerne, en particulier un tel produit aqueux ¦liquide ayant un pH de 4 à 5 et une viscosité non supérieure ~G à 150 mPa.s.
Elle concerne également les produits aqueux obtenus par concentration et éventuellement, clarification dudit produit aqueux liquide.
Par exemple, en partant de betteraves sucrières ayant la composition typique suivante:
CONSTITUANTS KG/T
I NON SUCRE SOLUBLES (l) 20 ~, B -:
~33 ~7 INSOLUBLES (2) 50 dont CELLULOSE 10 (1) mati~re organique et min~rale soluble autre que le saccharose
(2) matière organique et minérale insoluble On peut obtenir un produit hydrolys~ liquide ay~nt typiquement les caractéristiques suivantes :
pH 4-4,5 ~ENSITE - 1,09 VISCOSITE (mPa.s) 50-150 MATIERE EN SUSPENSION O,8-1,5 (9~ p/p) MATIERES SECHES
REF~ACTOMETRIQUES 20-22g/lOOg de solution MATIERE SECHE TOTALE (~) 24-25 SUCRES TOTAUX (exprim~s en ~quivalent glucose) : 160-200g/1 NATURE BIOCHIMIQUEProportion, ~: %
DP2(3) 23-25 ~: 25 DP3(3) 21-14 ¦ DP4(3) et plus 3-0,5 ~ PENTOSES
!ACIDE GALACTURONIQUE ) 10-20
pH 4-4,5 ~ENSITE - 1,09 VISCOSITE (mPa.s) 50-150 MATIERE EN SUSPENSION O,8-1,5 (9~ p/p) MATIERES SECHES
REF~ACTOMETRIQUES 20-22g/lOOg de solution MATIERE SECHE TOTALE (~) 24-25 SUCRES TOTAUX (exprim~s en ~quivalent glucose) : 160-200g/1 NATURE BIOCHIMIQUEProportion, ~: %
DP2(3) 23-25 ~: 25 DP3(3) 21-14 ¦ DP4(3) et plus 3-0,5 ~ PENTOSES
!ACIDE GALACTURONIQUE ) 10-20
(3) dpn : polyoside de degré de polymérisation n AZOTE (X 6,25) 0,5-1,3 (%) Ce produit peut etre clarifié pour éliminer les matières insolubles en suspension, par exemple par filtra-tion ou meme par centrifug~tion, et/ou concentr~, par '35 exemple ~à l'aide d'un évaporateur rotatif. On donne ci-après, ~ titre indicatif, les caractéristiques d'~ydroly-sats clarifiés, clarifi~s concentrés, et concentr~s, obte-n~s ~ partir de l'hydrolysat de betteraves sucrieres ci-. . .
.~
dessus. t ,3i 3~7 HYDROLYSAT CLARIFIE
DENSITE 1,09 VISCOSITE (mPa.s) 5-10 MATIERES SECHES
REFRACTOMETRIQUES 20-22g/lOOg de solution COMPOSITION EN SUCRES IDENTIQUE A CELLE DE L'HYD~OLYSAT
BRUT
~ HYDROLYSAT CLARIFIE CONCENTRE
DENSITE 1,3 VISCOSITE (mPa.s ~ 20C) 90 MATIERES SECHES
REFRACTOMETRIQUES 63-67g/lOOg de solution COMPOSITION RELATIVE EN SUCRES IDENTIQUE A CELLE DE
L'HYDROLYSAT CLARIFIE
*HYDROLYSAT BRUT CONCENTRE
DENSITE 1,35 VISCOSITE (Pa.s ~ 20C) 18-20 MATIERE~ SECHES
REFRACTOMETXIQUES 50-60g/lOOg de solution ACTIVITE DE L'EA~ 0,78-0,82 COMPOSITION EN SUCRES IDENTIQUE A CELLE DE L'HYDROLYSAT
BRUT
Les hydrolysats de l'invention qu'ils soient bruts 25 et/ou clari~iés et/ou concentr~s, sont des produits utiles, notamment pour la production d'alcool éthylique par fer-mentation alcoolique classique ~ l'aide de levures. On peut o~tenir de l'alcool avec des rendements améliorés (3 ~ 12 points de pourcentage en plu5 ) par rapport ~ la 30 technique classique. Il faut veiller, toutefois, à ce que l'activité rémanente de l'agent bactériostatique ne gene pas le développement des levures ou leur activit~
fermentaire.
Les exemples non limitatifs suivants sont donné~
35 afin d'illu~trer l'invention.
Exemples 1 ~ 8 Ces exemples ont étk conduits en utilisant l'appa-reillage-pilote représenté sch~matiquement BUr la figure .f.~
o ~ ~ ~3 ~ '~3 ~ 7 unique.
Cet appareillage comprend un broyeur-malaxeur 1 du type ~ helice rotative ouvert ~ sa partie sup~rieure pour l'introduction des betteraves et des divers ingr~-dients ~ incorporer (acide, ~actériostatique, enzymes),et relié ~ sa partie inférieure, par un conduit 2 muni d'une vanne 3, ~ une pompe 4. Cette pompe 4 est elle-meme reliée ~ un d~pastilleur 5 par un conduit 6 muni d'une vanne 7. Le conduit 6 est connecté ~ sa partie m~diane ~ un conduit 8 retournant au sommet du broyeur 1. A la sortie du dépastilleur 5 est prévu un conduit 9 raccordé
au conduit 8. Entre le point de raccordement des conduits 8 et 9 et le conduit 6 est prévue, sur le conduit 8, une vanne 10, tandis qu'une vanne 11 est disposée sur le con-duit 8 juste avant le sommet du broyeur 1. En amont dela vanne 11, le conduit 8 se raccorde ~ un conduit 12 aboutissant au réacteur 13 ~ pales agitatrices 1~, une vanne 15 étant pr~vue sur le conduit 12. Une conduite de sortie 16 est préw e ~ la base du r~acteur 13 et com-mandée par une vanne 17. Une chemise 18 à circulation d'eau est prévue autour du r~acteur pour régler la tempé-rature du réacteur, de l'eau froide ou de l'eau chaude pouvant y etre admise, selon que l'on désire refroidir ou r~chauffer le réacteur.
Le fonctionnement de cet appareillage est le sui-vant :
~ Le broyeur 1 étant en marche, on y introduit les betteraves, l'acide, l'agent bacteriostatique et le mélange d'enzymes.
! Lorsque la réduction de la grosseur des morceaux de betteraves et le degr~ d'avancement de la préhydrolyse sont suffisamment avancés pour rendre le mélànge pompable, on ouvre la vanne 3 et on met en marche la pompe 4 et le dépastilleur 5, les v~nnes 7 et 11 étant ouvertes et les vannes 10 et 15 fer~ées, de fa~on ~ faire passer les morceaux de betteraves dans le depastilleur 5 et a les recycler au broyeur 1. Dans cette opération les morceaux '~ de betteraves voient leur gros~eur fortement réduite, , .~ .
par exemple à une grosseur de l'ordre de 0,1 mm environ ou molns. A la fin de cette op~ration, on ferme les vannes 7 et ll et on ouvre les vannes lO et 15, de fa~on ~ envoyer les ~ettera-ves broyées à l'état de pulpe ou suspension et préhydrolysées, au réacteur 13 o~ on les laisse le temps nécessaire pour achever l'hydrolyse. Enfin, les betteraves liquéfiées et hydrolysées sont ~vacuées du réacteur par la sortie 16, après ouverture de la vanne 17.
L'efficacité de l'hydrol~se est mesurée d~ns ces essais par le taux de conversion (ou taux de liquéfaction) X des m~tières normalement insolubles des betteraves = So - St = l - St So So ?5 o~ So est la concentration initiale des better~ves en matières insolubles et St est la concentration en mati~res insolubles au temps t.
Dans tous les essais, des bet~eraves à s~cre ont ét6 bro~ies d~ns un ~royeur-~alaxeur ~ hélice de marque LAMORT, d'un type utiiiCé dans 1'industrie de la pate à papier (pulpeur) en présence des additifs acide sulfuri-que (agent de réglage du pH), for~ol (agent bactériostati-que) et mélange d'enzymes. Les betteraves ont été traitées dans le broyeur-malaxeur pendant environ l heure en faisant ~5 fonctionner ce dernier de fa~on intermittente de faSon ne pas d~passer environ 50C, et soumiises ~ trois passes successives dans le dépactilleur, égale~ent de marque LAMORT et d'un type utilisé dans l'industrie de la pâte à
papier (affineur) avec recyclage au broyeur de façon que la 3~ durée de préhydrolyse dans le broyeur, soit d'environ 2-3 heures. Ensuite, le produit broyé préhydrolisé a eté
transféré au réacteur pour compléter l'hydrolyse. La proportion de formol était de 0,1% en poids par rapport au poids de betteraves. Le pH et la proportion d'enzymes 3J étaient tels qu'indiqués dans le Tableau récapitulatif suivant qui résume les conditions opératoires du traitement et le résultat des essais.
~ 12 --r~.~
. ~., :
J. ~33~ ~7 .
,o~ ~
~, o to o ~ o ' E o In ~ o ~ " ,_, ' ~o ~
O
O
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o~O 0 l~ 0 m ~ ~
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~ ~ ~ ~1 h ~ O 0 0 ~ u~ 0 0 ~ C) U E~
~ Oo ~ ~ 3 ~
o o o o ~ o o o ~ ~ ~ o O E U~ 111 U o Z
q l h X ~ ~U~
0 0 `Cl ~ ~ C
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~ o ~ 0 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ u ~
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+ ,a ~U ~ U J.
r~ ~' ~' ~U 6 0 '~J U U
a~ ~ Z O r) -t .. ..
`
- 13 - ~ ~3~ ~7 Cet exemple illustre l'emploi facultatif d'un traitement thermique.
20 kg de betteraves sucrières entières sont pla-5 c~es dans un récipient muni d~un dispositif d'alimentationen vapeur. On laisse pénétrer la vapeur dans le récipient ;
la température, à coeur, de la betterave cro~t de 3C
(initialement) ~ 75C en lh 30 environ.
Les betteraves ainsi traitées sont ensuite charg~es dans un pulpeur LAMORT 201 et refroidies en cours de pul-page jusqu'à 45C, le pH est ajusté ~ 5 avec de l'acide sulfurique et on ajoute du formol (1 litre/t) et un mélan-ge d'enzymes constitu~, en poids, de 50% de SP 311, 20% de Celluclast et 30% de Novozym 188 ~ la dose de ll/t. La SP
311 est une préparation brute de SPS-ase commercialisée par NOVO INDUSTRI A/S. On effectue la pr~hydrolyse pendant ; 3h 30 environ, temps au bout duquel la viscosité a décru jusqu'~ 1100 mPa.s. Le produit est ensuite raffin~ par deux passages consécutifs dans un raffineur de labora-toire (Megatron MT) 48/2). L'hydrolyse est poursuivie ensuite dans un r~acteur agit~ ~ pH = 4 et T = 55~C.
Après 24 heures d'hydrolyse la viscosité n'est plus que de 2e mPa.s et le taux de conversion des inso-lubles est de 78%. Apres 48 heures la viscosit~ est trè5 largement inférieure a 30 mPa.s (limite de mesure de l'instrument) et le taux de conversion atteint 89%.
EXEMPLES 10 et 11 et EXEMPBE-TEMOIN A
Ces exemples illustrent respectivement l'emploi d'une étape de post-hydrolyse et l'addition d'un mélange 3o d'enzymes invertase~inulinase ~Novozym 230) au mélange d'enzymes de base.
Le tableau suivant récapitule les conditions op~-ratoires et les résultats obtenus :
35 Betterave typeVirtus Virtus Virtus Etape de PréhYdrolyse~
Mélange d'enzymes de l'ex.9 .
- 14 - ~3~3~
l~tonne de ~etteraves 0,7 0,7 0,7 Novozym 230, l/tonne de betteraves - - 0,05 Formol, l/t 5 durée, h 3 3 3 TEMPERATURE, C 45 45 45 pH 4,6-5 4,6-5 5 étape de broyage fin~
nombre de passes 2 2 2 10 EtaPe d~hydrolv-se durée, h 48 48 48 température, C 55 55 55 ph 4 4 4 Post-hYdrolyse 15 durée, h ~ 7 température, C - 70 pH - 3 Composition de l'hydrolysat, % par rapport aux sucres totaux Glucose, 24 46 45 Fructose, 21 41 42 DP2, 33 8 5 DP3, 6 0,9 DP4, 16 0 2 DPn, 3,6 5 * avant la préhydrolyse, les betteraves avaient ~t~
broyées grossièrement dans un pulpeur LAMORT 201.
~*nombre de passes dans un raffineur de Laboratoire MEGRTRON MT 48/2.
On v~it d~après ces r~sultats que la mise en oeu-vre d'un traitement de post-hydrolyse ou l'addition d'invertase/inulinase améliore fortement les taux de con-version en glucose et fructose.
EXEMPLES 12 et 13 Ces exemples illustrent le traitement de racines de chico-rée par le procede de l'invention. Dans chacun de ces exemples on a traite 10 kg environ de racines de chicoree prealablement lavées.
- 15 ~
Les conditions op~ratoires utilis~es et les résul-tats obtenus sont résum~s ci-dessous :
EX. 12 ~X.13 Traitement thermiq~e ~
5 la vapeur d'eau néantpendant lh 30 broy~Le qrossier dans un pulPeur LAMORT 201 oui oui .
Préhvdrolyse enzyme(s) utilisée~s) SP 249 SP 311 (50%) + Celluclast (~0%) ~ Novozym 188 (30%) proportion d'enzymes, l/tonne de substrat 1,25 proportion de formol, 15 l/tonne de substrat 1 0,5 durée, heures 4 3 .
temp~rature, C 45 45 ::
broyage fin, nb. de passes 20 dans un raffineur Megatron 2 2 :
Hvdrolvse durée, heures 42 44 température, C 55 55 25 pH 4 4 Post-hYdrolyse enzyme supplémentaire Novozym 230 n~ant ajout~e, 1/tonne de 0,1 substrat ~ :
30 duree, h 24 température, C 55 ~neant pH 4,5 comPosition et Propriété
de l'hYdrolYsat 35 Glucose, g/kg 26,933,7 Fructose, glkg 104,3105,9 Saccharose (DP2), g/kg 2,2 3,8 Sucres fermentescibles totaux exprimés SOU5 forme 133,4 143,5 de glucose g/kg Taux de conversion 71 72 5 Viscosité, mPa.s 180 30
.~
dessus. t ,3i 3~7 HYDROLYSAT CLARIFIE
DENSITE 1,09 VISCOSITE (mPa.s) 5-10 MATIERES SECHES
REFRACTOMETRIQUES 20-22g/lOOg de solution COMPOSITION EN SUCRES IDENTIQUE A CELLE DE L'HYD~OLYSAT
BRUT
~ HYDROLYSAT CLARIFIE CONCENTRE
DENSITE 1,3 VISCOSITE (mPa.s ~ 20C) 90 MATIERES SECHES
REFRACTOMETRIQUES 63-67g/lOOg de solution COMPOSITION RELATIVE EN SUCRES IDENTIQUE A CELLE DE
L'HYDROLYSAT CLARIFIE
*HYDROLYSAT BRUT CONCENTRE
DENSITE 1,35 VISCOSITE (Pa.s ~ 20C) 18-20 MATIERE~ SECHES
REFRACTOMETXIQUES 50-60g/lOOg de solution ACTIVITE DE L'EA~ 0,78-0,82 COMPOSITION EN SUCRES IDENTIQUE A CELLE DE L'HYDROLYSAT
BRUT
Les hydrolysats de l'invention qu'ils soient bruts 25 et/ou clari~iés et/ou concentr~s, sont des produits utiles, notamment pour la production d'alcool éthylique par fer-mentation alcoolique classique ~ l'aide de levures. On peut o~tenir de l'alcool avec des rendements améliorés (3 ~ 12 points de pourcentage en plu5 ) par rapport ~ la 30 technique classique. Il faut veiller, toutefois, à ce que l'activité rémanente de l'agent bactériostatique ne gene pas le développement des levures ou leur activit~
fermentaire.
Les exemples non limitatifs suivants sont donné~
35 afin d'illu~trer l'invention.
Exemples 1 ~ 8 Ces exemples ont étk conduits en utilisant l'appa-reillage-pilote représenté sch~matiquement BUr la figure .f.~
o ~ ~ ~3 ~ '~3 ~ 7 unique.
Cet appareillage comprend un broyeur-malaxeur 1 du type ~ helice rotative ouvert ~ sa partie sup~rieure pour l'introduction des betteraves et des divers ingr~-dients ~ incorporer (acide, ~actériostatique, enzymes),et relié ~ sa partie inférieure, par un conduit 2 muni d'une vanne 3, ~ une pompe 4. Cette pompe 4 est elle-meme reliée ~ un d~pastilleur 5 par un conduit 6 muni d'une vanne 7. Le conduit 6 est connecté ~ sa partie m~diane ~ un conduit 8 retournant au sommet du broyeur 1. A la sortie du dépastilleur 5 est prévu un conduit 9 raccordé
au conduit 8. Entre le point de raccordement des conduits 8 et 9 et le conduit 6 est prévue, sur le conduit 8, une vanne 10, tandis qu'une vanne 11 est disposée sur le con-duit 8 juste avant le sommet du broyeur 1. En amont dela vanne 11, le conduit 8 se raccorde ~ un conduit 12 aboutissant au réacteur 13 ~ pales agitatrices 1~, une vanne 15 étant pr~vue sur le conduit 12. Une conduite de sortie 16 est préw e ~ la base du r~acteur 13 et com-mandée par une vanne 17. Une chemise 18 à circulation d'eau est prévue autour du r~acteur pour régler la tempé-rature du réacteur, de l'eau froide ou de l'eau chaude pouvant y etre admise, selon que l'on désire refroidir ou r~chauffer le réacteur.
Le fonctionnement de cet appareillage est le sui-vant :
~ Le broyeur 1 étant en marche, on y introduit les betteraves, l'acide, l'agent bacteriostatique et le mélange d'enzymes.
! Lorsque la réduction de la grosseur des morceaux de betteraves et le degr~ d'avancement de la préhydrolyse sont suffisamment avancés pour rendre le mélànge pompable, on ouvre la vanne 3 et on met en marche la pompe 4 et le dépastilleur 5, les v~nnes 7 et 11 étant ouvertes et les vannes 10 et 15 fer~ées, de fa~on ~ faire passer les morceaux de betteraves dans le depastilleur 5 et a les recycler au broyeur 1. Dans cette opération les morceaux '~ de betteraves voient leur gros~eur fortement réduite, , .~ .
par exemple à une grosseur de l'ordre de 0,1 mm environ ou molns. A la fin de cette op~ration, on ferme les vannes 7 et ll et on ouvre les vannes lO et 15, de fa~on ~ envoyer les ~ettera-ves broyées à l'état de pulpe ou suspension et préhydrolysées, au réacteur 13 o~ on les laisse le temps nécessaire pour achever l'hydrolyse. Enfin, les betteraves liquéfiées et hydrolysées sont ~vacuées du réacteur par la sortie 16, après ouverture de la vanne 17.
L'efficacité de l'hydrol~se est mesurée d~ns ces essais par le taux de conversion (ou taux de liquéfaction) X des m~tières normalement insolubles des betteraves = So - St = l - St So So ?5 o~ So est la concentration initiale des better~ves en matières insolubles et St est la concentration en mati~res insolubles au temps t.
Dans tous les essais, des bet~eraves à s~cre ont ét6 bro~ies d~ns un ~royeur-~alaxeur ~ hélice de marque LAMORT, d'un type utiiiCé dans 1'industrie de la pate à papier (pulpeur) en présence des additifs acide sulfuri-que (agent de réglage du pH), for~ol (agent bactériostati-que) et mélange d'enzymes. Les betteraves ont été traitées dans le broyeur-malaxeur pendant environ l heure en faisant ~5 fonctionner ce dernier de fa~on intermittente de faSon ne pas d~passer environ 50C, et soumiises ~ trois passes successives dans le dépactilleur, égale~ent de marque LAMORT et d'un type utilisé dans l'industrie de la pâte à
papier (affineur) avec recyclage au broyeur de façon que la 3~ durée de préhydrolyse dans le broyeur, soit d'environ 2-3 heures. Ensuite, le produit broyé préhydrolisé a eté
transféré au réacteur pour compléter l'hydrolyse. La proportion de formol était de 0,1% en poids par rapport au poids de betteraves. Le pH et la proportion d'enzymes 3J étaient tels qu'indiqués dans le Tableau récapitulatif suivant qui résume les conditions opératoires du traitement et le résultat des essais.
~ 12 --r~.~
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- 13 - ~ ~3~ ~7 Cet exemple illustre l'emploi facultatif d'un traitement thermique.
20 kg de betteraves sucrières entières sont pla-5 c~es dans un récipient muni d~un dispositif d'alimentationen vapeur. On laisse pénétrer la vapeur dans le récipient ;
la température, à coeur, de la betterave cro~t de 3C
(initialement) ~ 75C en lh 30 environ.
Les betteraves ainsi traitées sont ensuite charg~es dans un pulpeur LAMORT 201 et refroidies en cours de pul-page jusqu'à 45C, le pH est ajusté ~ 5 avec de l'acide sulfurique et on ajoute du formol (1 litre/t) et un mélan-ge d'enzymes constitu~, en poids, de 50% de SP 311, 20% de Celluclast et 30% de Novozym 188 ~ la dose de ll/t. La SP
311 est une préparation brute de SPS-ase commercialisée par NOVO INDUSTRI A/S. On effectue la pr~hydrolyse pendant ; 3h 30 environ, temps au bout duquel la viscosité a décru jusqu'~ 1100 mPa.s. Le produit est ensuite raffin~ par deux passages consécutifs dans un raffineur de labora-toire (Megatron MT) 48/2). L'hydrolyse est poursuivie ensuite dans un r~acteur agit~ ~ pH = 4 et T = 55~C.
Après 24 heures d'hydrolyse la viscosité n'est plus que de 2e mPa.s et le taux de conversion des inso-lubles est de 78%. Apres 48 heures la viscosit~ est trè5 largement inférieure a 30 mPa.s (limite de mesure de l'instrument) et le taux de conversion atteint 89%.
EXEMPLES 10 et 11 et EXEMPBE-TEMOIN A
Ces exemples illustrent respectivement l'emploi d'une étape de post-hydrolyse et l'addition d'un mélange 3o d'enzymes invertase~inulinase ~Novozym 230) au mélange d'enzymes de base.
Le tableau suivant récapitule les conditions op~-ratoires et les résultats obtenus :
35 Betterave typeVirtus Virtus Virtus Etape de PréhYdrolyse~
Mélange d'enzymes de l'ex.9 .
- 14 - ~3~3~
l~tonne de ~etteraves 0,7 0,7 0,7 Novozym 230, l/tonne de betteraves - - 0,05 Formol, l/t 5 durée, h 3 3 3 TEMPERATURE, C 45 45 45 pH 4,6-5 4,6-5 5 étape de broyage fin~
nombre de passes 2 2 2 10 EtaPe d~hydrolv-se durée, h 48 48 48 température, C 55 55 55 ph 4 4 4 Post-hYdrolyse 15 durée, h ~ 7 température, C - 70 pH - 3 Composition de l'hydrolysat, % par rapport aux sucres totaux Glucose, 24 46 45 Fructose, 21 41 42 DP2, 33 8 5 DP3, 6 0,9 DP4, 16 0 2 DPn, 3,6 5 * avant la préhydrolyse, les betteraves avaient ~t~
broyées grossièrement dans un pulpeur LAMORT 201.
~*nombre de passes dans un raffineur de Laboratoire MEGRTRON MT 48/2.
On v~it d~après ces r~sultats que la mise en oeu-vre d'un traitement de post-hydrolyse ou l'addition d'invertase/inulinase améliore fortement les taux de con-version en glucose et fructose.
EXEMPLES 12 et 13 Ces exemples illustrent le traitement de racines de chico-rée par le procede de l'invention. Dans chacun de ces exemples on a traite 10 kg environ de racines de chicoree prealablement lavées.
- 15 ~
Les conditions op~ratoires utilis~es et les résul-tats obtenus sont résum~s ci-dessous :
EX. 12 ~X.13 Traitement thermiq~e ~
5 la vapeur d'eau néantpendant lh 30 broy~Le qrossier dans un pulPeur LAMORT 201 oui oui .
Préhvdrolyse enzyme(s) utilisée~s) SP 249 SP 311 (50%) + Celluclast (~0%) ~ Novozym 188 (30%) proportion d'enzymes, l/tonne de substrat 1,25 proportion de formol, 15 l/tonne de substrat 1 0,5 durée, heures 4 3 .
temp~rature, C 45 45 ::
broyage fin, nb. de passes 20 dans un raffineur Megatron 2 2 :
Hvdrolvse durée, heures 42 44 température, C 55 55 25 pH 4 4 Post-hYdrolyse enzyme supplémentaire Novozym 230 n~ant ajout~e, 1/tonne de 0,1 substrat ~ :
30 duree, h 24 température, C 55 ~neant pH 4,5 comPosition et Propriété
de l'hYdrolYsat 35 Glucose, g/kg 26,933,7 Fructose, glkg 104,3105,9 Saccharose (DP2), g/kg 2,2 3,8 Sucres fermentescibles totaux exprimés SOU5 forme 133,4 143,5 de glucose g/kg Taux de conversion 71 72 5 Viscosité, mPa.s 180 30
Claims (18)
1. Une procédé de liquéfaction de betteraves ou de racines de chicorée comprenant les étapes suivantes:
a) broyer des betteraves ou des racines de chicorée préalablement lavées de façon a obtenir un produit broyé;
b) ajouter et mélanger aux betteraves ou aux racines de chicorée, pendant ou après leur broyage dans l'étape a), un mélange d'enzymes comprenant de la SPA-ase, de la cellulase et de la cellobiase, ces enzymes étant utilisés dans les proportions suivantes, exprimées en termes d'unités d'activité par kg de matières sèches contenues dans les betteraves ou les racines de chicorée:
SPA-ase 15 à 800 Cellulase 380 à 42000 Cellobiase 10 à 4500;
et un acide de façon à régler le pH du produit broyé dans la gamme de 3 à 5,5 environ;
c) laisser le mélange d'enzymes effectuer une préhydrolyse du produit broyé pendant 1 à 6 heures environ, d) après l'étape c), broyer supplémentairement le produit broyé;
e) poursuivre l'hydrolyse du produit broyé résultant de l'étape d) par le mélange d'enzymes pendant 20 à 120 heures environ; et f) récupérer le produit hydrolyse liquide résultant.
a) broyer des betteraves ou des racines de chicorée préalablement lavées de façon a obtenir un produit broyé;
b) ajouter et mélanger aux betteraves ou aux racines de chicorée, pendant ou après leur broyage dans l'étape a), un mélange d'enzymes comprenant de la SPA-ase, de la cellulase et de la cellobiase, ces enzymes étant utilisés dans les proportions suivantes, exprimées en termes d'unités d'activité par kg de matières sèches contenues dans les betteraves ou les racines de chicorée:
SPA-ase 15 à 800 Cellulase 380 à 42000 Cellobiase 10 à 4500;
et un acide de façon à régler le pH du produit broyé dans la gamme de 3 à 5,5 environ;
c) laisser le mélange d'enzymes effectuer une préhydrolyse du produit broyé pendant 1 à 6 heures environ, d) après l'étape c), broyer supplémentairement le produit broyé;
e) poursuivre l'hydrolyse du produit broyé résultant de l'étape d) par le mélange d'enzymes pendant 20 à 120 heures environ; et f) récupérer le produit hydrolyse liquide résultant.
2. Un procédé selon la revendication 1, dans lequel, dans l'étape b), le pH est ajusté dans la gamme de 3,5 à 5.
3. Un procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de préhydrolyse a une durée de 1-3 heures.
4. Un procédé selon la revendication 1, dans lequel le produit broyé résultant de létape d) contient des particules qui ont une grosseur de 0,1 mm ou moins.
5. Un procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape d'hydrolyse e) a une durée de 24 à 72 heures.
6. Un procédé selon revendication 1, dans lequel la température dans les étapes c) et e) est maintenue dans la gamme de 35 à 60°C.
7. Un procédé selon la revendication 6, dans lequel la température est maintenue entre 35 et 55°C dans l'étape c) et entre 45 et 55°C dans l'étape e)
8. Un procédé selon la revendication 1, dans lequel les enzymes sont utilisés dans les proportions suivantes:
SPA-ase 20 à 190 U/kg de matières sèches Cellulase 700 à 7000 U/kg de matières sèches Cellobiase 20 à 400 U/kg de matières sèches.
SPA-ase 20 à 190 U/kg de matières sèches Cellulase 700 à 7000 U/kg de matières sèches Cellobiase 20 à 400 U/kg de matières sèches.
9. Un procédé selon la revendication 1, dans lequel le mélange d'enzymes contient, en outre, les enzymes suivantes dans les proportions indiquées, exprimées en terms d'unités d'activité
par kg de matières sèches contenues dans les betteraves ou les racines de chicorées:
Polygalacturonase 5000 à 250000 Pectinase 1000 à 55000 .beta.-glucanase fongique 40 à 2500 Hémicellulase 120 à 6000.
par kg de matières sèches contenues dans les betteraves ou les racines de chicorées:
Polygalacturonase 5000 à 250000 Pectinase 1000 à 55000 .beta.-glucanase fongique 40 à 2500 Hémicellulase 120 à 6000.
10. Un procédé selon revendication 9, dans lequel les enzymes indiquées sont utilisés dans les proportions suivantes exprimées en terme d'unités d'activité par kg de matières sèches contenues dans les betteraves ou les racines de chicorée:
Polygalacturonase 9000 à 60000 Pectinase 2000 à 14000 .beta.-glucanase fongique 80 à 550 Hémicellulase 200 à 1500.
Polygalacturonase 9000 à 60000 Pectinase 2000 à 14000 .beta.-glucanase fongique 80 à 550 Hémicellulase 200 à 1500.
11. Un procédé selon la revendication 1, dans lequel le mélange d'enzymes comprend, on poids, 50-75% de SPA-ase, 5-50% de cellulase et 5-50% de cellobiase.
12. Un procédé selon la revendication 1, dans lequel, en outre, on effectue avant ou pendant l'étape a), un traitement thermique des betteraves ou des racines de chicorée consistant a les chauffer a une température de 70 a 90°C pendant quelques minutes à 1 heure environ.
13. Un procédé selon la revendicatin 1, dans lequel, en outre, on effectue, après l'étape d'hydrolyse e), une post-hydrolyse à une température de 55 à 75°C et pendant quelques minutes à 10 heures environ.
14. Un procédé selon la revendication 13, dans lequel la post-hydrolyse est effectuée à un pH inférieur au pH utilise pour l'hydrolyse e).
15. Un procédé selon la revendication 1, dans lequel, en outre, on utilise en plus du mélange d'enzymes défini, une enzyme invertase ou une enzyme inulinase ou un mélange des deux.
16. Un produit aqueux hydrolysé enzymatique de betteraves ou de racines de chicorée produit par le procédé défini dans la revendication 1 qui contient, comme principaux ingrédients, du glucose, du fructose, des polyosides ayant des degrés de polymérisation de 2 et 3, des pentoses, de l'acide galacturonique et des composés azotés, ce produit ayant un pH acide, une viscosité
non supérieure à 300 mPa.s, et une teneur en matières solides en suspension n'excédant pas 2% en poids.
non supérieure à 300 mPa.s, et une teneur en matières solides en suspension n'excédant pas 2% en poids.
17. Un produit selon la revendication 16, qui a un pH de 4 à
5 et une viscosité non supérieure à 150 mPa.s.
5 et une viscosité non supérieure à 150 mPa.s.
18. Produit aqueux liquide obtenu par concentration et éventuellement, clarification d'un produit selon la revendication 16.
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