FR2496122A1 - Fermentative prodn. of metabolites, esp. citric acid - with air supplied under pressure to cause circulation of nutrient medium - Google Patents

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Abstract

Prodn. of metabolites comprises aerobic fermentation of an appropriate micro-organism on a nutrient soln. while continuously blowing sterile air into the fermentation vessel at a sufficiently high pressure to cause the soln. to circulate. This circulation follows a closed path which takes in the entire vol. of the vessel. Particularly the air is introduced as fine bubbles, esp. at the base of the vessel so that they first rise and then fall. Periodically a fraction of the soln. is withdrawn from the base of the vessel through a filter, pasteurised and recycled to the top of the vessel. An appts. for this process is also claimed. The method is specified for prodn. of citric acid (used in beverages, detergents,sugar processing and as antioxidant) using a sugar, contg. soln. inoculated with Aspergillus niger. More generally it can be used to produce other metabolites, e.g. antibiotics, vitamins or enzymes. This process gives high yields (70-90% citric acid, based on sugar) and uses less complicated equipment than process where the fermentation mixt. is agitated mechanically.

Description

La présente invention concerne un procédé pour la préparation par fermentation aérobie de métabolites, tels que des antibiotiques, des enzymes, des vitamines et des acides organiques et en particulier de l'acide citrique. The present invention relates to a process for the preparation by aerobic fermentation of metabolites, such as antibiotics, enzymes, vitamins and organic acids and in particular citric acid.

L'invention vise également une installation, notamment pour la mise en oeuvre du procédé précité. The invention also relates to an installation, in particular for the implementation of the above method.

On sait que l'acide citrique est utilisé principalement dans l'industrie des boissons, des détergents et dans la fabrication des sucreries. L'acide citrique est également utilisé comme anti-oxydant pour les huiles et les graisses alimentaires. It is known that citric acid is used mainly in the beverage industry, detergents and in the manufacture of sweets. Citric acid is also used as an antioxidant for edible oils and fats.

L'acide citrique est préparé industriellement par fermentation aérobie de solutions sucrées, par exemple sous forme de mélasse de betterave à sucre, en présence doun micro-organisme de fermentation également appelé inoculum tel que l'Aspergillus Niger. Citric acid is industrially prepared by aerobic fermentation of sugar solutions, for example in the form of sugar beet molasses, in the presence of a fermentation microorganism also called an inoculum such as Aspergillus Niger.

Actuellement, la fabrication de l'acide citrique est réalisée dans des fermenteurs comportant des pales de brassage entraînées en rotation par un moteur, et qui assurent le mélange et l'imprégnation de la solution sucrée par l'oxygène de l'air. Currently, the manufacture of citric acid is carried out in fermenters comprising stirring blades driven in rotation by a motor, and which ensure the mixing and impregnation of the sugar solution with oxygen from the air.

Au départ, la solution et le fermenteur sont stérilisés vers 110/120qu. Après inoculation de cette dernière par l'Aspergillus Niger, la solution sucrée est maintenue à une température de l'ordre de 30 à 350C, puis est aérée par de l'air stérile. At the start, the solution and the fermenter are sterilized around 110 / 120qu. After inoculation of the latter by Aspergillus Niger, the sugar solution is maintained at a temperature of the order of 30 to 350C, then is aerated with sterile air.

Le sucre contenu dans la solution continuellement brassée, est transformé par fermentation en présence d'oxygène en acide citrique La teneur maximum de la solution en acide citrique est obtenue au bout de quelques jours. The sugar contained in the continuously brewed solution is transformed by fermentation in the presence of oxygen into citric acid. The maximum content of the solution in citric acid is obtained after a few days.

Le rendement de la transformation du sucre en acide citrique dépend étroitement de l'activité du mycelium formé au sein de la solution. The yield from the transformation of sugar into citric acid depends closely on the activity of the mycelium formed within the solution.

Or, la demanderesse a constaté que dans les fermenteurs connus, l'action des pales de brassage avait tendance à affaiblir l'activité du mycelium, ce qui se traduit par une perte de rendement en acide citrique. However, the Applicant has found that in known fermenters, the action of the stirring blades tends to weaken the activity of the mycelium, which results in a loss of yield of citric acid.

D'autre part, la construction de ces fermenteurs est onéreuse, notamment du fait qu'il est nécessaire de prévoir une étanchéité rigoureuse au niveau des paliers des organes de brassage pour éviter l'infection de la solution de culture. On the other hand, the construction of these fermenters is expensive, in particular because it is necessary to provide a strict seal at the bearings of the stirring members to avoid infection of the culture solution.

En outre, la mise en oeuvre de ces fermenteurs est onéreuse du fait notamment, de l'importante énergie nécessaire pour eneraner méeaniquement les pales de brassage. In addition, the implementation of these fermenters is expensive due in particular to the large energy required to wind the mixing blades.

Les inconvénients précités existent également dans les fermenteurs équipés de pales de brassage, adaptés à la production d'autres métabolites tels que les antibiotiques, les enzymes, les vitamines et les acides organiques autres que l'acide citrique. The aforementioned drawbacks also exist in fermenters equipped with stirring blades, suitable for the production of other metabolites such as antibiotics, enzymes, vitamins and organic acids other than citric acid.

Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients précités, en fournissant un procédé de fermentation qui permette une augmentation sensible du rendement, ce procédé étant de plus,de mise en oeuvre peu onéreuse. The object of the present invention is to remedy the aforementioned drawbacks, by providing a fermentation process which allows a substantial increase in yield, this process being moreover, inexpensive to use.

Dans le procédé visé par l'invention, pour la préparation de métabolites et en particulier d'acide citrique, on effectue la fermentation aérobie d'une solution fermentescible introduite dans une enceinte de fermentation fermée, en présence d'un micro-organisme d'inoculation approprié. In the process referred to by the invention, for the preparation of metabolites and in particular citric acid, the aerobic fermentation of a fermentable solution introduced into a closed fermentation enclosure is carried out, in the presence of a microorganism of appropriate inoculation.

Suivant l'invention, ce procédé est caractérisé en ce qu'on insuffle continuellement dans le fermenteur de l'air stérile à une pression suffisante pour faire circuler la solution dans le fermenteur, selon un circuit fermé qui affecte sensiblement l'ensemble du volume du fermenteur. According to the invention, this process is characterized in that sterile air is continuously injected into the fermenter at a pressure sufficient to circulate the solution in the fermenter, according to a closed circuit which substantially affects the entire volume of the fermenter.

Grâce à cette circulation d'air, suivant un circuit fermé qui affecte la quasi-totalité du volume du fermenteur, la solution contenue dans le fermenteur est brassée d'une manière efficace. L'utilisation de pales de brassage entrai né es mécaniquement devient ainsi inutile et on évite tout risque d'infection de la solution due à l'emploi de tels moyens de brassage. Thanks to this air circulation, following a closed circuit which affects almost the entire volume of the fermenter, the solution contained in the fermenter is efficiently stirred. The use of mechanically driven mixing blades thus becomes unnecessary and any risk of infection of the solution due to the use of such mixing means is avoided.

De plus, la création d'une telle circulation d'air s'est avérée particulièrement favorable à l'égard de l'activité du mycelium, ce dernier n'ayant tendance ni à se rassembler ni à dégénérer, même après une période relativement longue d'utilisation. In addition, the creation of such air circulation has proved to be particularly favorable with regard to the activity of the mycelium, the latter not tending either to gather nor to degenerate, even after a relatively long period. of use.

De plus, la circulation d'air est favorable à la vitesse et au rendement de la réaction de fermentation, car cette circulation crée d'excellentes conditions pour la répartition uniforme, la surface de contact et l'énergie cinétique des molécules qui doivent réagir les unes avec les autres. In addition, the air circulation is favorable to the speed and the yield of the fermentation reaction, since this circulation creates excellent conditions for the uniform distribution, the contact surface and the kinetic energy of the molecules which must react. with each other.

Selon une version avantageuse de l'invention, on insuffle l'air au travers de moyens qui permettent une dispersion de l'air sous forme de fines bulles au sein de la solution fermentescible. According to an advantageous version of the invention, the air is blown through means which allow dispersion of the air in the form of fine bubbles within the fermentable solution.

Cette dispersion de l'air sous forme de fines bulles contribue à augmenter la vitesse et le rendement de la réaction de fermentation, tout en étant favorable à la longévité du mycelium. This dispersion of air in the form of fine bubbles contributes to increasing the speed and the yield of the fermentation reaction, while being favorable to the longevity of the mycelium.

Selon une version préférée de l'invention, on insuffle l'air à la partie inférieure du fermenteur de façon ; faire circuler la solution dans ce fermenteur suivant un circuit ascendant puis descendant. According to a preferred version of the invention, the air is blown into the lower part of the fermenter so; circulate the solution in this fermenter in an ascending then descending circuit.

Cette circulation ascendante puis descendante engendre des changements de direction favorables au
ne brassage du mycelium, et qui évitent que ce dernier/s'assemble.This ascending then descending circulation generates changes of direction favorable to the
does not stir the mycelium, and which prevent the latter / assembling.

Cette circulation affecte sensiblement la totalité du volume du fermenteur, ce qui évite la création de zones stationnaires non aérées correctement, et susceptibles d'affecter le rendement global de la fermentation.This circulation affects substantially the entire volume of the fermenter, which avoids the creation of stationary zones which are not properly aerated and which may affect the overall yield of the fermentation.

L'application préférée du procédé conforme à l'invention est la préparation industrielle de l'acide citrique. Dans cette application, on utilise en tant que solution fermentescible, une solution sucrée, préalablement stérilisée puis inoculée au moyen d'Aspergillus
Niger.The preferred application of the process according to the invention is the industrial preparation of citric acid. In this application, as a fermentable solution, a sugar solution, previously sterilized and then inoculated using Aspergillus, is used.
Niger.

Dans cette préparation, l'air est insufflé dans la solution à une pression qui est de préférence comprise entre 0,1 etO,5 MPa, et on fait circuler la solution à une vitesse comprise entre 1 et 5 m/sec. In this preparation, air is blown into the solution at a pressure which is preferably between 0.1 and 0.5 MPa, and the solution is circulated at a speed between 1 and 5 m / sec.

en maintenant la température de cette dernière à une valeur comprise entre 30 et 320C environ.maintaining the temperature of the latter at a value between 30 and 320C approximately.

L'invention vise également une installation pour la préparation de métabolites, en particulier l'acide citrique cette installation mettant en oeuvre le procédé précité. The invention also relates to an installation for the preparation of metabolites, in particular citric acid, this installation implementing the above-mentioned process.

Cette installation comprend une enceinte de fermentation fermée, comprenant des moyens d'introduction d'air, des moyens d'introduction de solution fermen
et tescible /des moyens pour prélever de cette enceinte la solution fermentée.This installation comprises a closed fermentation enclosure, comprising means for introducing air, means for introducing closed solution.
and tescible / means for taking from this enclosure the fermented solution.

Suivant l'invention, cette enceinte de fermentation est divisée en deux compartiments verticaux qui communiquent l'un avec l'autre aux parties inférieure et supérieure de l'enceinte de fermentation, les moyens d'amenée d'air comprenant une tubulure d'amenée d'air sous pression qui débouche à l'intérieur de l'enceinte de fermentation à la partie inférieure de l'un des compartiments précités, à l'aide de moyens assurant une disper sion de l'air sous forme de fines bulles d'air dans la solution contenue dans l'enceinte de fermentation et les moyens pour prélever la solution fermentée comprenant une tubulure de sortie qui communique par l'intermédiaire d'un filtre avec la partie inférieure de l'autre compartiment. According to the invention, this fermentation chamber is divided into two vertical compartments which communicate with one another at the lower and upper parts of the fermentation chamber, the air supply means comprising a supply pipe of pressurized air which opens inside the fermentation chamber at the lower part of one of the above-mentioned compartments, using means ensuring air dispersion in the form of fine bubbles of air in the solution contained in the fermentation enclosure and the means for withdrawing the fermented solution comprising an outlet tube which communicates via a filter with the lower part of the other compartment.

L'air injecté sous pression à la partie inférieure de l'enceinte de fermentation assure une circulation de la solution suivant un circuit fermé, d'abord ascendant dans le premier compartiment puis descendant dans le second compartiment. The air injected under pressure into the lower part of the fermentation chamber ensures a circulation of the solution in a closed circuit, first ascending in the first compartment then descending in the second compartment.

Selon une version préférée de cette installation, les moyens assurant une dispersion de l'air comprennent un lit de petites billes en matière inerte visà-vis de la solution contenue dans l'enceinte de fermentation, disposé au-dessus de la tubulure d'amenée d'air à la partie inférieure du premier compartiment. According to a preferred version of this installation, the means ensuring a dispersion of the air comprise a bed of small balls made of inert material with respect to the solution contained in the fermentation enclosure, placed above the intake pipe. air at the bottom of the first compartment.

Ces billes, par exemple en verre ou en céramique, constituent un moyen particulièrement efficace pour disperser l'air sous forme de petites bulles au sein de la solution contenue dans l'enceinte de fermentation. These beads, for example made of glass or ceramic, constitute a particularly effective means for dispersing the air in the form of small bubbles within the solution contained in the fermentation chamber.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront encore dans la descritpion ci-après. Other features and advantages of the invention will appear further in the description below.

Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs:
- la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une installation conforme à l'invention,
- la figure 2 est une vue en coupe suivant le plan II-II de la figure 1,
- la figure 3 est une vue schematique en coupe longitudinale d'une autre installation présentant une capacité plus importante que celle de la figure 1,
- la figure 4 est une vue en coupe suivant le plan IV-IV de la figure 3.In the appended drawings, given by way of nonlimiting examples:
FIG. 1 is a schematic view in longitudinal section of an installation according to the invention,
FIG. 2 is a sectional view along the plane II-II of FIG. 1,
FIG. 3 is a diagrammatic view in longitudinal section of another installation having a greater capacity than that of FIG. 1,
- Figure 4 is a sectional view along the plane IV-IV of Figure 3.

Dans la réalisation des figures 1 et 2, l'installation, notamment destinée à la fabrication d'acide citrique comprend une enceinte de fermentation 1 présentant une capacité par exemple, de l'ordre de 1 m3, complètement fermée et divisée en deux compartiments 2, 3, constitués par deux colonnes verticales cylindriques 4, 5. Ces deux compartiments 2, 3 communiqutnt l'un avec l'autre à leurs parties supérieures par l'intermédiaire d'une chambre supérieure 6. L'extrémité supérieure 4b de la colonne 4 est située à un niveau plus élevé que l'extré- mité 5b de la colonne 5. In the embodiment of FIGS. 1 and 2, the installation, in particular intended for the manufacture of citric acid comprises a fermentation enclosure 1 having a capacity for example, of the order of 1 m3, completely closed and divided into two compartments 2 , 3, constituted by two vertical cylindrical columns 4, 5. These two compartments 2, 3 communicate with each other at their upper parts via an upper chamber 6. The upper end 4b of the column 4 is located at a higher level than the end 5b of column 5.

Ces deux compartiments 2, 3, communiquent également à leurs parties inférieures au moyen d'un conduit 7. These two compartments 2, 3 also communicate with their lower parts by means of a conduit 7.

L'installation comprend d'autre part, une tubulure d'amenée d'air sous pression 8 qui débouche dans l'enceinte de fermentation 1 à la partie inférieure 5a de la colonne 5. Cette partie 5a est tronconique et est remplie par des billes 9 en matière inerte visà-vis de la solution fermeatescible contenue dans l'enceinte de fermentation 1. The installation further comprises a tube for supplying pressurized air 8 which opens into the fermentation chamber 1 at the lower part 5a of the column 5. This part 5a is frustoconical and is filled with balls 9 in inert material vis-à-vis the closable solution contained in the fermentation chamber 1.

Ces billes 9 peuvent être réalisées, par exemple en verre ou en céramique. These balls 9 can be made, for example from glass or ceramic.

Comme on l'expliquera plus en détail dans la description du fonctionnement de l'installation, le lit de billes 9 assure une dispersion de l'air sous forme de fines bulles dans la solution contenue dans l'enceinte de fermentation 1. As will be explained in more detail in the description of the operation of the installation, the bed of balls 9 ensures air dispersion in the form of fine bubbles in the solution contained in the fermentation enclosure 1.

Par ailleurs, l'installation comprend une tubulure 10 pour prélever la solution fermentée et qui communique avec la partie inférieure tronconique 4a de l'autre colonne 4. Cette partie inférieure tronconique a est également remplie de billes 11 en matière inerte telieque le verre et la céramique. Ce lit de billes 11 constitue une barrière filtrante qui retient les particules solides et lemycelium contenu dans la solution, lors du prélèvement de cette dernière par la tubulure de sortie 10. Furthermore, the installation comprises a tube 10 for taking the fermented solution and which communicates with the frustoconical lower part 4a of the other column 4. This frustoconical lower part a is also filled with balls 11 of inert material such as glass and ceramic. This bed of beads 11 constitutes a filtering barrier which retains the solid particles and lemycelium contained in the solution, when the latter is withdrawn by the outlet tube 10.

Les billes 9 et 11 présentent de préférence un diamètre compris entre 8 et 20 mm. The balls 9 and 11 preferably have a diameter of between 8 and 20 mm.

Le conduit 7 qui relie les deux colonnes 4 et 5 est incliné vers le haut, du côté de la colonne 5 dans laquelle est insufflé l'air. Ainsi, l'orifice 7a de ce conduit 7 est situé au-dessus du lit de billes 9. The duct 7 which connects the two columns 4 and 5 is inclined upwards, on the side of the column 5 into which the air is blown. Thus, the orifice 7a of this duct 7 is located above the bed of balls 9.

On voit également sur la figure 1 que la tubulure de prélèvement 10 comporte une dérivation 12 reliée à un pasteuriseur 13 qui est lui-même relié à une conduite t4 qui débouche dans la chambre supérieure 6 de l'enceinte de fermentation en un point 15 qui est situé au-dessus d'une paroi perforée 16. It can also be seen in FIG. 1 that the sampling tube 10 comprises a bypass 12 connected to a pasteurizer 13 which is itself connected to a line t4 which opens into the upper chamber 6 of the fermentation enclosure at a point 15 which is located above a perforated wall 16.

La colonne 4 est reliée d'autre part, au pasteuriseur 13 par une conduite 17 dont l'entrée 18 est située à une certaine hauteur, au-dessus du lit de billes 11. The column 4 is connected on the other hand, to the pasteurizer 13 by a pipe 17 whose inlet 18 is located at a certain height, above the bed of balls 11.

L'enceinte de fermentation 1 est alimentée en solution fermentescible, de façon continue ou semicontinue, au moyen d'un doseur 19 qui est relié par une conduite 20 à la tubulure 8 d'amenée d'air sous pression dans le compartiment 3. The fermentation chamber 1 is supplied with a fermentable solution, continuously or semi-continuously, by means of a metering device 19 which is connected by a pipe 20 to the tube 8 for supplying pressurized air into the compartment 3.

Par ailleurs, dans l'exemple représenté, chaque colonne 4, 5 est entourée par un espace annulaire 21, 22 dans lequel circule un fluide capable de maintenir par échange thermique, la solution contenue dans l'enceinte de fermentation 1, à la température constante désirée. Furthermore, in the example shown, each column 4, 5 is surrounded by an annular space 21, 22 in which circulates a fluid capable of maintaining, by heat exchange, the solution contained in the fermentation enclosure 1, at constant temperature desired.

D'autre part, un regard 23, 24 est prévu sur chaque colonne 4, 5 au-dessus des lits de billes 9, 11 correspondants. On the other hand, a manhole 23, 24 is provided on each column 4, 5 above the corresponding ball beds 9, 11.

Un autre regard 26 est ménagé sur le couvercle 25 de la chambre supérieure 6. Another sight 26 is provided on the cover 25 of the upper chamber 6.

On va maintenant décrire le procédé conforme à l'invention, appliqué à titre d'exemple à la fabrication de l'acide citrique. On décrira en même temps le fonctionnement de l'installation représentée sur les figures 1 et 2. We will now describe the process according to the invention, applied by way of example to the manufacture of citric acid. At the same time, the operation of the installation shown in Figures 1 and 2 will be described.

Avant la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, la totalité de l'installation est stérilisée par de la vapeur sous pression à une température de l'ordre de 110 à 12O0C.  Before implementing the process according to the invention, the entire installation is sterilized by pressurized steam at a temperature of the order of 110 to 120 ° C.

On introduit la solution fermentescible et stérile au moyen du doseur 19 par la conduite 20 et la tubulure 8 qui débouche au bas du compartiment 3. The fermentable and sterile solution is introduced by means of the dispenser 19 through line 20 and the tubing 8 which opens at the bottom of compartment 3.

Cette solution fermentescible est une solution sucrée contenant environ 2% de sucre et constituée par exemple par de la mélasse de betterave à sucre. This fermentable solution is a sweet solution containing about 2% sugar and constituted for example by sugar beet molasses.

Une fois l'installation remplie de cette solution, on introduit dans celle-ci de l'Aspergillus
Niger en tant que micro-organisme de fermentation.Once the system is filled with this solution, Aspergillus is introduced into it
Niger as a fermentation microorganism.

On injecte simultanément de l'air stérile sous pression par la tubulure 8 qui débouche dans le compartiment 3 sous le lit de billes 9. Sterile air is injected simultaneously under pressure through the tubing 8 which opens into the compartment 3 under the bed of beads 9.

On règle la pression-d'air à l'intérieur de l'enceinte de fermentation à une valeur comprise 0,1 à 0,5 MPa et de préférence de 0,3 MPa. L'injection d'air sous cette pression entraine une circulation de la solution à l'intérieur de l'enceinte de fermentation 1 à une vitesse comprise entre 0,5 et 5 m/sec. The air pressure inside the fermentation chamber is adjusted to a value of 0.1 to 0.5 MPa and preferably 0.3 MPa. The injection of air under this pressure causes the solution to circulate inside the fermentation chamber 1 at a speed of between 0.5 and 5 m / sec.

En traversant le lit de billes 9, l'air est divisé en une multitude de bulles d'air de très petite dimension, ce qui permet d'obtenir une surface d'échange optimale entre l'oxygène de l'air et les constituants actifs de la solution sucrée. By crossing the bed of balls 9, the air is divided into a multitude of very small air bubbles, which makes it possible to obtain an optimal exchange surface between the oxygen of the air and the active constituents of the sugar solution.

La formation de bulles d'air de dimensions plus grosses est empêchée notamment par le mouvement relatif des billes 9 sous l'effet du jet d'air. Sous l'effet de ce jet d'air, ces billes 9 sont soulevées et atteignent le niveau N. The formation of air bubbles of larger dimensions is prevented in particular by the relative movement of the balls 9 under the effect of the air jet. Under the effect of this air jet, these balls 9 are raised and reach level N.

Ainsi, la concentration d'oxygène dans la solution sucrée, qui est au départ d'environ 8 à 10 mg/l atteint rapidement une teneur optimale de l'ordre de 20 mg/l. Thus, the oxygen concentration in the sugar solution, which is initially around 8 to 10 mg / l quickly reaches an optimal content of the order of 20 mg / l.

Sous l'effet du jet d'air, la solution sucrée décrit à l'intérieur de l'enceinte de fermentation 1 un circuit fermé qui est ascendant dans la colonne 5, change de direction dans la chambre supérieure 6 puis devient descendant dans la colonne 4 et change à nouveau de direction en passant par le conduit 7 qui ramène la solution dans le compartiment 3. Under the effect of the air jet, the sugar solution described inside the fermentation chamber 1 a closed circuit which is ascending in the column 5, changes direction in the upper chamber 6 then becomes descending in the column 4 and changes direction again through the conduit 7 which brings the solution back into compartment 3.

Cette circulation de la solution est par conséquent, réalisée sans aucune pale de brassage ni aucun moyen d'entrainement mécanique et affecte l'ensemble de l'enceinte de fermentation 1 en évitant ainsi toute zone stationnaire où le mycelium formé dans la solution sucrée serait susceptible de s'assembler pour devenir rapidement inactif. This circulation of the solution is therefore carried out without any mixing paddle or any mechanical drive means and affects the whole of the fermentation chamber 1, thus avoiding any stationary zone where the mycelium formed in the sugar solution would be susceptible to assemble to quickly become inactive.

Pendant le déroulement de l'opération, on régle la température de la solution à 30-32 C au moyen des échangeurs thermiques 21, 22. During the course of the operation, the temperature of the solution is adjusted to 30-32 C by means of the heat exchangers 21, 22.

Le mycelium se développe au cours des deux premiers jours de fonctionnement de l'installation. The mycelium develops during the first two days of operation of the installation.

La phase de marinage débute ensuite et se poursuit pendant 3 à 5 jours.The marinating phase then begins and continues for 3 to 5 days.

Au bout de Il à 5 jours, on peut prélever partiellement la solution par la tubulure de sortie 10. After 11 to 5 days, the solution can be partially withdrawn through the outlet tube 10.

Cette solution contient de l'acide citrique à raison de 10% environ. Cette solution est filtrée au travers du lit de billes 11 qui retient à l'intérieur de l'enceinte 1, les particules solides et le mycelium.This solution contains citric acid at about 10%. This solution is filtered through the bed of beads 11 which retains, inside the enclosure 1, the solid particles and the mycelium.

Du fait de la circulation de la solution, le lit de billes 11 est soumis à un léger mouvement qui empêche le colmatage. Due to the circulation of the solution, the bed of balls 11 is subjected to a slight movement which prevents clogging.

Le prélèvement de la solution peut être effectué en continu ou de façon périodique. Lors du prélèvement de la solution contenant de l'acide citrique, on introduit dans l'enceinte de fermentation 1, par le doseur 19 et la tubulure d'amenée d'air sous pression une quantité de solution sucrée initiale, correspondant à la quantité de solution acide prélevée. The solution can be sampled continuously or periodically. When withdrawing the solution containing citric acid, an amount of initial sugar solution, corresponding to the amount of sugar, is introduced into the fermentation chamber 1, by the metering device 19 and the air supply pipe under pressure. acid solution taken.

Le prélèvement de la solution contenant l'acide citrique et l'introduction de solution sucrée initiale non encore fermentée peuvent être effectués sans interruption, aussi longtemps que le mycelium est actif, ce qui peut durer plusieurs semaines, grâce aux conditions optimales maintenues dans l'installation conforme à l'invention. The withdrawal of the solution containing citric acid and the introduction of the initial sugar solution which is not yet fermented can be carried out without interruption, as long as the mycelium is active, which can last several weeks, thanks to the optimal conditions maintained in the installation according to the invention.

Pour éviter toute interruption dans le fonctionnement de l'installation, plutôt que de retirer le mycelium vieilli de l'enceinte de fermentation, il est avantageux de prélever en continu ou périodiquement, une partie de la solution en 19 puis de la faire passer dans le pasteuriseur 13, avant de la réintroduire en 15 dans la chambre supérieure 6. On stérilise ainsi le mycelium vieilli. To avoid any interruption in the operation of the installation, rather than removing the aged mycelium from the fermentation chamber, it is advantageous to take a portion of the solution at 19 continuously or periodically and then pass it through the pasteurizer 13, before reintroducing it at 15 into the upper chamber 6. The aged mycelium is thus sterilized.

L'état stérile de la solution sucre et l'obtention d'un rendement élevé en acide citrique sont également obtenus en renvoyant dans l'enceinte 1 périodiquement ou en continu, une fraction de la solution filtrée, après passage dans le pasteuriseur 13. The sterile state of the sugar solution and the obtaining of a high yield of citric acid are also obtained by returning to the enclosure 1 periodically or continuously, a fraction of the filtered solution, after passage through the pasteurizer 13.

Grâce aux excellentes conditions de fonctionne ment assurées par l'installation conforme à l'invention, il est possible d'obtenir un rendement de 70 à 90% d'acide citrique par rapport au sucre contenu dans la solution de départ. Thanks to the excellent operating conditions ensured by the installation according to the invention, it is possible to obtain a yield of 70 to 90% of citric acid relative to the sugar contained in the starting solution.

On remarquera que cet excellent résultat est obtenu en l'absence de tout moyen mécanique de brassage coûteux en énergie. It will be noted that this excellent result is obtained in the absence of any mechanical means of mixing which is costly in energy.

Dans la réalisation des figures 3 et 4, l'installation est de construction relativement plus simple que celle des figures 1 et 2 et est de ce fait, mieux adaptée à la production industrielle d'acide citrique en grosse quantité. In the embodiment of Figures 3 and 4, the installation is of relatively simpler construction than that of Figures 1 and 2 and is therefore better suited to the industrial production of citric acid in large quantities.

Cette installation comprend une enceinte de fermentation 30 disposée verticalement, de forme générale cylindrique et présentant une capacité de l'ordre de 100 m3. Cette enceinte 30 renferme un manchon tronconique 31 complètement ouvert à ces deux extrémités opposées et disposé suivant l'axe de l'enceinte 30. This installation comprises a fermentation enclosure 30 arranged vertically, of generally cylindrical shape and having a capacity of the order of 100 m3. This enclosure 30 contains a frustoconical sleeve 31 completely open at these two opposite ends and arranged along the axis of the enclosure 30.

L'ouverture supérieure 31a de ce manchon 31 a un diamètre légèrement plus faible que celui de son ouverture inférieure 31b. The upper opening 31a of this sleeve 31 has a slightly smaller diameter than that of its lower opening 31b.

Ce manchon 31 définit un compartiment intérieur 32 et un compartiment extérieur annulaire 33 adjacent à la paroi latérale 34 de l'enceinte 30. De plus, ce manchon 31 est libre par rapport à la partie supérieure 35 et au fond 36 de l'enceinte 30. This sleeve 31 defines an interior compartment 32 and an annular exterior compartment 33 adjacent to the side wall 34 of the enclosure 30. In addition, this sleeve 31 is free relative to the upper part 35 and to the bottom 36 of the enclosure 30 .

Sur le fond 36 de l'enceinte 30 est fixée une buse 37 de forme générale tronconique rétrécie vers le haut, dont la partie supérieure 37a est légèrement engagée dans la partie inférieure 31b du manchon 31, de sorte qu'un passage annulaire 38 est créé entre les parties 31b et 37a. On the bottom 36 of the enclosure 30 is fixed a nozzle 37 of generally frustoconical shape narrowed upwards, the upper part 37a of which is slightly engaged in the lower part 31b of the sleeve 31, so that an annular passage 38 is created between parts 31b and 37a.

Au fond 36 de l'enceinte 30 et dans l'axe de la buse 37 débouche une tubulure d'injection d'air 39.  At the bottom 36 of the enclosure 30 and in the axis of the nozzle 37 opens an air injection pipe 39.

La buse 37 est remplie en partie par un lit de billes 40 en matière inerte telle que du verre ou de la céramique, constituant une barrière de diffusion pour l'air qui est injecté dans l'enceinte 30 par la tubulure 39. The nozzle 37 is partly filled with a bed of balls 40 made of an inert material such as glass or ceramic, constituting a diffusion barrier for the air which is injected into the enclosure 30 by the pipe 39.

Autour de la buse 37 est ménagée une chambre annulaire 41 qui est également remplie en partie par un lit de billes 42 analogues aux billes 110. Dans cette chambre annulaire lii, au fond 36 de l'enceinte 30 débouchent des tubulures 43 de prélèvement de la solution filtrée au travers du lit de billes 112. Ces tubulures 43 sont reliées à un pasteuriseur 44 au moyen d'une conduite 45. Around the nozzle 37 is formed an annular chamber 41 which is also partly filled by a bed of balls 42 similar to the balls 110. In this annular chamber lii, at the bottom 36 of the enclosure 30 open tubes 43 for taking the solution filtered through the bed of balls 112. These pipes 43 are connected to a pasteurizer 44 by means of a pipe 45.

Ce pasteuriseur 44 est lui-même relié à la partie supérieure 35 de l'enceinte 30 par une conduite 46 qui renvoie dans l'enceinte de fermentation la solution stérilisée.This pasteurizer 44 is itself connected to the upper part 35 of the enclosure 30 by a line 46 which returns the sterilized solution to the fermentation enclosure.

La solution sucrée initiale est introduite dans l'enceinte 30 au moyen d'un doseur 47 qui communique avec la tubulure 39 d'injection d'air sous pression. The initial sugar solution is introduced into the enclosure 30 by means of a metering device 47 which communicates with the pipe 39 for injecting pressurized air.

Dans la réalisation représentée, l'enceinte 30 est revêtue extérieurement par un revêtement calorifuge 48. In the embodiment shown, the enclosure 30 is coated on the outside with a heat-insulating coating 48.

Dans la partie supérieure 35 de cette enceinte 30 débouchent des conduites 49 d'amenée d'eau de rinçage. In the upper part 35 of this enclosure 30 open pipes 49 for supplying rinsing water.

Cette dernière permet d'une part, par apport périodique d'eau stérilisée, de compenser les pertes par évaporation de l'eau de la solution et d'autre part, de rincer les parois de la partie supérieure de l'enceinte pour éliminer de ces dernières, toutes les moisissures susceptibles de s'y accumuler et d'engendrer une dégénérescence du mycelium.The latter allows on the one hand, by periodic supply of sterilized water, to compensate for the losses by evaporation of the water from the solution and on the other hand, to rinse the walls of the upper part of the enclosure to eliminate the latter, all molds likely to accumulate there and cause degeneration of the mycelium.

Mise à part cette différence, le fonctionnement de l'installation selon les figures 3 et 4 est analogue à celui de l'installation de plus faible capacité qui a été décrite en référence aux figures 1 et 2.  Apart from this difference, the operation of the installation according to FIGS. 3 and 4 is similar to that of the installation of lower capacity which has been described with reference to FIGS. 1 and 2.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples que l'on vient de décrire et on peut apporter à ceux-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. Of course, the invention is not limited to the examples which have just been described and numerous modifications can be made to them without departing from the scope of the invention.

Ainsi, la solution sucrée pourrait être introduite dans l'enceinte de fermentation 1 ou 30 par d'autres moyens que la tubulure 8 ou 39 d'injection d'air. Thus, the sugar solution could be introduced into the fermentation chamber 1 or 30 by other means than the tubing 8 or 39 for injecting air.

La structure interne des enceintes 1 ou 30 pourrait être modifiée, pourvu que la solution fermentescible soit soumise à une circulation suivant un circuit fermé et que l'air soit injecté sous pression à l'intérieur de l'enceinte, à l'aide de moyens permettant sa dispersion sous forme de fines bulles réparties uniformément au sein de cette solution. The internal structure of enclosures 1 or 30 could be modified, provided that the fermentable solution is subjected to a circulation in a closed circuit and that the air is injected under pressure inside the enclosure, using means allowing its dispersion in the form of fine bubbles distributed uniformly within this solution.

Les moyens de réglage de la température de la solution contenue dans l'enceinte de fermentation peuvent être extérieurs à cette dernière. The means for adjusting the temperature of the solution contained in the fermentation chamber can be external to the latter.

Par ailleurs, le procédé conforme à l'invention peut être adapté à la fermentation aérobie d'un liquide autre qu'une solution sucrée et inoculé par d'autres micro-organismes que l'Aspergillus Niger, en vue de la production d'autres substances que l'acide citrique, tels que des vitamines, des enzymes, des antibiotiques et des acides organiques comme par exemple, l'acide péruvique, l'acide oxalique, l'acide fumarique, et analogues. Furthermore, the process according to the invention can be adapted to the aerobic fermentation of a liquid other than a sugar solution and inoculated with other microorganisms than Aspergillus Niger, for the production of other substances like citric acid, such as vitamins, enzymes, antibiotics and organic acids such as, for example, peruvic acid, oxalic acid, fumaric acid, and the like.

Etant donné que le procédé conforme à l'invention permet de ralentir considérablement le vieillissement du mycelium et d'augmenter corrélativement la surface d'échange entre l'air et les constituants du liquide fermentescible, on peut espérer obtenir une amélioration sensible du rendement de la fermentation dans toutes les applications précitées.  Since the process according to the invention makes it possible to considerably slow down the aging of the mycelium and to correlatively increase the exchange surface between the air and the constituents of the fermentable liquid, it is to be hoped to obtain a significant improvement in the yield of fermentation in all of the above applications.

Claims (17)

REVENDICATIONS 1. Procédé pour la préparation de métabolites, notamment d'acide citrique, par fermentation aérobie d'une solution fermentescible introduite dans un fermenteur fermé (1, 30), en présence d'un micro-organisme dtinocula- tion approprié, caractérisé en ce qu'on insuffle continuellement dans le fermenteur de l'air stérile à une pression suffisante pour faire circuler la solution dans le fermenteur, suivant un circuit fermé qui affecte sensiblement l'ensemble du volume du fermenteur (1, 303.  1. Process for the preparation of metabolites, in particular of citric acid, by aerobic fermentation of a fermentable solution introduced into a closed fermenter (1, 30), in the presence of a suitable micro-organism, characterized in that that sterile air is continuously injected into the fermenter at a pressure sufficient to circulate the solution in the fermenter, in a closed circuit which substantially affects the entire volume of the fermenter (1, 303. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on insuffle l'air au travers de moyens (9, 40) qui permettent une dispersion de l'air sous forme de fines bulles au sein de la solution fermen tescible  2. Method according to claim 1, characterized in that the air is blown through means (9, 40) which allow a dispersion of the air in the form of fine bubbles within the fermen tescible solution 3. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on insuffle l'air à la partie inférieure (5ag 36) du fermenteur (1, 30), de façon à faire circuler la solution suivant un circuit ascendant puis descendant. 3. Method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the air is blown into the lower part (5ag 36) of the fermenter (1, 30), so as to circulate the solution according to a ascending then descending circuit. 11. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on prélève périodiquement une fraction de la solution fermentée à la partie inférieure (lia, 36) du fermenteur (1, 30) au travers d'un filtre (11, 42) retenant les particules solides de la solution et on réintroduit la solution ainsi prélevée à la partie supérieure (6, 35) du fermenteur, après passage dans un pasteuriseur (13, 44).  11. Method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that periodically a fraction of the fermented solution is removed from the lower part (11a, 36) of the fermenter (1, 30) through a filter (11, 42) retaining the solid particles of the solution and the solution thus withdrawn is reintroduced into the upper part (6, 35) of the fermenter, after passage through a pasteurizer (13, 44). 5. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, adapté à la préparation de l'acide citrique dans lequel on utilise en tant que solution fermentescible une solution sucrée préalablement stérilisée puis inoculée au moyen d'Aspergillus Niger, caractérisé en ce qu'on insuffle l'air dans cette solution de façon à obtenir une pression comprise entre 0,1 et 0,5 MPa environ. 5. Method according to any one of claims 1 to 4, suitable for the preparation of citric acid in which a fermentable solution is used a sugar solution previously sterilized and then inoculated by means of Aspergillus Niger, characterized in that that air is blown into this solution so as to obtain a pressure of between 0.1 and 0.5 MPa approximately. 6. Procédé conforme à la revendication 5, caractérisé en ce qu'on fait circuler la solution à une vitesse comprise entre 1 et 5 m/sec. 6. Method according to claim 5, characterized in that the solution is circulated at a speed between 1 and 5 m / sec. 7. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'on maintient la solution à une température comprise entre 30 et 320C environ. 7. Method according to any one of claims 5 or 6, characterized in that the solution is maintained at a temperature between 30 and 320C approximately. 8. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'après 4 à 5 jours de fermentation, on prélève du fermenteur (1, 30) la solution contenant l'acide citrique formé et en ce qu'on introduit dans le fermenteur de la solution sucrée initiale en une quantité correspondant à la quantité de solution acide prélevée. 8. Method according to any one of claims 5 to 7, characterized in that after 4 to 5 days of fermentation, the solution containing the citric acid formed is taken from the fermenter (1, 30) and in that the initial sugar solution is introduced into the fermenter in an amount corresponding to the amount of acid solution withdrawn. 9. Installation pour la préparation de métabolites, notamment d'acide citrique comprenant une enceinte de fermentation fermée (1, 30) comportant des moyens d'introduction d'air, des moyens d'introduction de solution fermentescible, des moyens pour prélever de cette enceinte de la solution fermentée, caractérisée en ce que l'enceinte de fermentation est divisée en deux compartiments verticaux (2, 3); (32, 33) qui communiquent l'un avec l'autre aux parties inférieure et supérieure de l'enceinte de fermentation, en ce que les moyens d'amenée d'air comprennent une tubulure (8, 39) d'amenée d'air sous pression qui débouche à l'intérieur de l'enceinte de fermentation à la partie inférieure (5a, 36) de l'un (3, 32) des compartiments, à l'aide de moyens (9, 40) assurant une dispersion de l'air sous forme de fines bulles d'air dans la solution contenue dans l'enceinte de fermentation et en ce que les moyens pour prélever la solution fermentée comprennent une tubulure de sortie (10, 42) qui communique par l'intermédiaire d'un filtre (11, 42) avec la partie inférieure (11a, 36) de l'autre comparti- ment (2, 33). 9. Installation for the preparation of metabolites, in particular of citric acid, comprising a closed fermentation enclosure (1, 30) comprising means for introducing air, means for introducing fermentable solution, means for taking from this enclosure of the fermented solution, characterized in that the fermentation enclosure is divided into two vertical compartments (2, 3); (32, 33) which communicate with each other at the lower and upper parts of the fermentation vessel, in that the air supply means comprise a tube (8, 39) for supplying pressurized air which opens into the fermentation chamber at the lower part (5a, 36) of one (3, 32) of the compartments, using means (9, 40) ensuring dispersion air in the form of fine air bubbles in the solution contained in the fermentation chamber and in that the means for withdrawing the fermented solution comprise an outlet pipe (10, 42) which communicates via 'a filter (11, 42) with the lower part (11a, 36) of the other compartment (2, 33). 10. Installation conforme à la revendication 9, caractérisée en ce que les moyens assurant une dispersion de l'air, comprennent un lit (10, 42) de petites billes en une matière inerte vis-à-vis de la solution contenue dans l'enceinte de fermentation, disposé audessus de la tubulure d'amenée d'air (8, 39) à la partie inférieure du premier compartiment (3, 32). 10. Installation according to claim 9, characterized in that the means ensuring air dispersion, comprise a bed (10, 42) of small balls made of an inert material vis-à-vis the solution contained in the fermentation chamber, arranged above the air supply pipe (8, 39) at the bottom of the first compartment (3, 32). 11. Installation conforme à la revendication 10, caractérisée en ce que le filtre est constitué par un lit (11, 42) de petites billes en matière inerte vis-à-vis de la solution contenue dans le fermenteur, disposé au-dessus de la tubulure (10, 43) de prélèvement de la solution fermentée, à la partie inférieure du second compartiment (2, 33). 11. Installation according to claim 10, characterized in that the filter consists of a bed (11, 42) of small balls made of inert material vis-à-vis the solution contained in the fermenter, disposed above the tubing (10, 43) for sampling the fermented solution, at the bottom of the second compartment (2, 33). 12. Installation conforme à l'une quelconque de des revendications 10 ou 11, caractérisée en ce que les petites billes ( 9, 11); (40, 42) sont en verre ou céramique et présentent un diamètre compris entre 8 et 20 mm. 12. Installation according to any one of claims 10 or 11, characterized in that the small balls (9, 11); (40, 42) are made of glass or ceramic and have a diameter between 8 and 20 mm. 13. Installation conforme à l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisée en ce que la tubulure (10, 43) de prélèvement de solution fermentée comporte une dérivation (12, 45) reliée à un pasteuriseur (13, 44) qui est lui-même relié à une conduite (111, 46) qui débouche à la partie supérieure (6, 35) de l'enceinte de fermentation. 13. Installation according to any one of claims 9 to 12, characterized in that the tube (10, 43) for sampling the fermented solution comprises a bypass (12, 45) connected to a pasteurizer (13, 44) which is itself connected to a pipe (111, 46) which opens at the upper part (6, 35) of the fermentation enclosure. 111. Installation conforme à l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisée en ce qu'elle comprend un doseur (19, 47) pour alimenter l'enceinte de fermentation en solution fermentescible, ce doseur étant relié à la tubulure (8, 39) d'amenée d'air sous pression dans le premier compartiment.  111. Installation according to any one of claims 9 to 13, characterized in that it comprises a dispenser (19, 47) for supplying the fermentation enclosure with fermentable solution, this dispenser being connected to the tubing (8, 39) for supplying pressurized air into the first compartment. 15. Installation conforme à l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisée en ce que l'enceinte de fermentation (1) comprend deux colonnes verticales (4, 5) débouchant dans une chambre supérieure (6), ces deux colonnes verticales constituant deux compartiments verticaux (2, 3), en ce que les parties inférieures de ces deux colonnes communiquent l'une avec l'autre au moyen d'un conduit (7), en ce que chaque colonne 15. Installation according to any one of claims 9 to 14, characterized in that the fermentation enclosure (1) comprises two vertical columns (4, 5) opening into an upper chamber (6), these two vertical columns constituting two vertical compartments (2, 3), in that the lower parts of these two columns communicate with each other by means of a conduit (7), in that each column contenilnt comporte sous le conduit (7) une chambre (4a, Sa),/un lit (9, 11) de billes en matière inerte disposé au-dessus de la tubulure (8, 10) ramenée d'air sous pression ou de prélèvement de la solution fermentée. contains under the conduit (7) a chamber (4a, Sa), / a bed (9, 11) of balls of inert material disposed above the tubing (8, 10) supplied with air under pressure or sampling of the fermented solution. 16. Installation conforme à la revendication 15, caractérisée en ce que le conduit (7) reliant les deux colonnes (4, 5) est incliné de façon que son orifice (7a) qui débouche dans la colonne (5) dans laquelle est amené l'air sous pression soit situé au-dessus du lit de billes (9). 16. Installation according to claim 15, characterized in that the conduit (7) connecting the two columns (4, 5) is inclined so that its orifice (7a) which opens into the column (5) into which is brought l pressurized air is located above the ball bed (9). 17. Installation conforme à l'une quelconque des revendications 15 ou 16, caractérisée en ce que chaque colonne (4, 5) est entourée par un espace annulaire (21, 22) dans lequel circule un fluide capable de maintenir par échange thermique la solution circulant à l'intérieur de l'enceinte de fermentation à la température constante désirée. 17. Installation according to any one of claims 15 or 16, characterized in that each column (4, 5) is surrounded by an annular space (21, 22) in which circulates a fluid capable of maintaining the solution by heat exchange circulating inside the fermentation chamber at the desired constant temperature. 18. Installation conforme à l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisée en ce que l'enceinte de fermentation (30) est sensiblement cylindrique et contient un manchon tubulaire (31) ouvert à ces deux extrémités opposées (31a, 31b) et disposé suivant l'axe de l'enceinte, ce manchon définissant un compartiment intérieur (32) et un compartiment extérieur annulaire (33) adjacent à la paroi latérale (34) de l'enceinte, ce manchon étant libre par rapport au fond (36) et à la partie supérieure (35) de l'enceinte, en ce que la partie inférieure de l'enceinte comporte une buse (37) fixée au fond (36) dans laquelle débouche la tubulure (39) d'amenée d'air sous pression, la partie supérieure (37a) de cette buse étant engagée partiellement dans le manchon en laissant entre eux un passage annulaire, en ce que la buse (37) renferme le lit (40) de billes en matière inerte et en ce qu'autour de cette buse (37) est ménagée une chambre annulaire (lit) dans laquelle débouche la tubulure (43) de prélèvement de la solution fermentée, cette chambre annulaire (41) contenantunautre lit (42) de billes en matière inerte.  18. Installation according to any one of claims 9 to 14, characterized in that the fermentation enclosure (30) is substantially cylindrical and contains a tubular sleeve (31) open at these two opposite ends (31a, 31b) and disposed along the axis of the enclosure, this sleeve defining an interior compartment (32) and an annular exterior compartment (33) adjacent to the side wall (34) of the enclosure, this sleeve being free relative to the bottom (36 ) and at the upper part (35) of the enclosure, in that the lower part of the enclosure comprises a nozzle (37) fixed to the bottom (36) into which the air intake pipe (39) opens under pressure, the upper part (37a) of this nozzle being partially engaged in the sleeve, leaving an annular passage between them, in that the nozzle (37) encloses the bed (40) of balls made of inert material and in that around this nozzle (37) is formed an annular chamber (bed) into which the tubing (43 ) for sampling the fermented solution, this annular chamber (41) containing another bed (42) of balls of inert material.
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