FR2572094A1 - Procede pour la preparation continue de l'ethanol - Google Patents

Procede pour la preparation continue de l'ethanol Download PDF

Info

Publication number
FR2572094A1
FR2572094A1 FR8515496A FR8515496A FR2572094A1 FR 2572094 A1 FR2572094 A1 FR 2572094A1 FR 8515496 A FR8515496 A FR 8515496A FR 8515496 A FR8515496 A FR 8515496A FR 2572094 A1 FR2572094 A1 FR 2572094A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
fermentation
substrate
ethanol
stage
zymomonas mobilis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR8515496A
Other languages
English (en)
Other versions
FR2572094B1 (fr
Inventor
Wolfgang Salzbrunn
Eva Steiner
Wilfried Wohrer
Otto Meixner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vogelbusch GmbH
Original Assignee
Vogelbusch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vogelbusch GmbH filed Critical Vogelbusch GmbH
Publication of FR2572094A1 publication Critical patent/FR2572094A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR2572094B1 publication Critical patent/FR2572094B1/fr
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06Ethanol, i.e. non-beverage
    • C12P7/065Ethanol, i.e. non-beverage with microorganisms other than yeasts
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/582Recycling of unreacted starting or intermediate materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S435/00Chemistry: molecular biology and microbiology
    • Y10S435/813Continuous fermentation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S435/00Chemistry: molecular biology and microbiology
    • Y10S435/8215Microorganisms
    • Y10S435/822Microorganisms using bacteria or actinomycetales

Landscapes

  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

PROCEDE DE PREPARATION CONTINUE DE L'ETHANOL PAR FERMENTATION ANAEROBIE D'UN SUBSTRAT SUCRE A PH 4,5 A 7. ON ENVOIE LE SUBSTRAT NON STERILISE AVEC DES CELLULES DE ZYMOMONAS MOBILIS DANS PLUSIEURS STADES DE FERMENTATION DANS CHACUN DESQUELS ON MAINTIENT UNE CONCENTRATION EN ETHANOL D'AU MOINS 4 EN VOLUME, LA DUREE DE PASSAGE DANS L'INSTALLATION TOTALE EST AU MAXIMUM DE 3HEURES UN TIERS, LES CELLULES DE ZYMOMONAS SONT SEPAREES PAR SEDIMENTATION APRES LE DERNIER STADE DE FERMENTATION ET RECYCLEES AU PREMIER STADE DE FERMENTATION ET ON RECUPERE LE SUBSTRAT ETHANOLIQUE DEBARRASSE DES CELLULES MICROBIENNES.

Description

L'invention concerne un procédé pour La préparation continue de l'éthanol
à partir de substrats contenant des sucres par fermentation des sucres sous l'action d'une souche floculante de Zymomonas mobilis dans des conditions anaérobies et à un pH de
4,5 à 7.
Un procédé de ce type est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 413 058. Dans ce procédé, on utilise un réacteur tubulaire incliné à l'extrémité inférieure duquel on amène le substrat sucré, et d'o l'on évacue, dans la région de
l'extrémité supérieure, le substrat fermenté contenant de l'éthanol.
La vitesse de passage est réglée de manière à assurer la conversion des sucres en éthanol mais également de manière que la culture d'une souche floculante de Zymomonas mobilis, à savoir Zymomonas
mobilis "f" NRRLB-12526 ne soit en aucun cas évacuée du réacteur.
Le réacteur tubulaire porte sur presque toute sa longueur une série d'orifices d'évacuation du C02 d'o partent dans chaque cas des conduits. Les extrémités libres de ces conduits débouchent, à peu près à la hauteur de l'extrémité supérieure du réacteur tubulaire ou légèrement au-dessus, dans l'air ambiant. A leurs extrémités,
ces conduits sont fermés par exemple par des tampons d'ouate.
Du fait que l'on ne doit pas évacuer la culture de micro-organismes, ce procédé connu exige une surveillance très
attentive des taux de conversion du substrat.
La construction du réacteur tubulaire en question est difficile au point qu'une transposition à l'échelle industrielle est impossible ou offre de très grosses difficultés. En outre, il faut remplacer totalement les installations existantes comprenant
des fermenteurs classiques, d'o des investissements très coûteux.
Dans le brevet de la RFA 3 148 329, on utilise également une souche floculante, à savoir Zymomonas mobilis ATCC 31822, obtenue par sélection à partir de la souche ATCC 31821, pour la préparation de l'éthanol à partir d'un substrat contenant des
hydrates de carbone. Toutefois, le procédé décrit n'est que semi-
continu. Dans ce procédé, on agite d'abord un milieu de fermentation ensemencé dans un fermenteur. Lorsque le dégagement de gaz carbonique est terminé, on Laisse déposer les colonies de cellules de bactéries, on évacue Le Liquide surnageant contenant de l'éthanol et on le
remplace par du milieu de fermentation frais.
D'autre part, dans Le brevet européen 0 047 641, on décrit un procédé de fermentation en deux stades pour la pré- paration de l'éthanoL avec utilisation de souches de Zimomonas mobilis, à savoir ATCC 29191 et ATCC 10988, procédé dans lequel, au premier stade, on produit une suspension de cellulesbactériennes et au deuxième stade, on prépare L'éthanol par addition d'un sucre fermentescible à cette suspension. Au deuxième stade, il ne doit
se produire qu'une Légère prolifération des cellules bactériennes.
On n'envisage pas l'utilisation de souches floculantes de Zimomonas
mobilis, de sorte qu'il n'est pas possible dans la pratique indus-
trielle de séparer par sédimentation la culture bactérienne mise en oeuvre du milieu de fermentation: il faut faire appel à cet effet à des techniques de centrifugation ou de filtration qui
consomment de l'énergie et demandent du temps.
Un grave inconvénient commun à tous Les procédés
connus mentionnés ci-dessus réside dans la nécessité absolue d'uti-
liser des substrats stérilisés. Les frais accompagnant une fermenta-
tion stérile diminuent dans une mesure très considérable la renta-
bilité d'un tel procédé, comme le montre clairement l'article "Ethanol production by Zymomonas and Saccharomyces, Advantages and Disadvantages" dans Eur. Journ. Of Applied Microbiology and
Biotechnology, 18, 1983, pages 387-391.
En effet, si, dans les procédés connus, on opère sans stérilisation, il y a un risque important d'infection, en
particulier par des bactéries lactiques ou par des levures qui -
comme Zymomonas mobilis - mais dans une mesure encore plus grande, tolèrent l'éthanoi jusqu'à des concentrations d'environ 15 % en volume. Zymomonas mobilis donne des taux spécifiques de production d'éthanol représentant deux à trois fois ceux de la levure pour des rendements identiques et, d'autre part, il n'exige pas d'oxygène pour sa croissance alors que la levure doit être aérée, au moins légèrement, pour une production suffisante de la biomasse. L'invention vise à l'exploitation de ces avantages intéressants de Zymomonas mobilis dans la production industrielle de l'éthanol et, par conséquent, à la -suppression des inconvénients et difficultés mentionnés ci-dessus des procédés connus et à la
mise au point d'un procédé d'application sûre opérant sans stéri-
lisation des substrats et convenant à la mise en oeuvre dans des
installations de fermentation existantes après de légères adaptations.
D'autres buts et avantages de l'invention apparai-
tront à la lecture de la description ci-après.
Ces buts ont été atteints dans un procédé du type défini en introduction et qui se caractérise par la combinaison de mesures suivantes:
- on envoie le substrat, sans stérilisation préalable, avec des ceL-
lules de Zymomonas mobilis, dans plusieurs stades de fermentation, à savoir au moins trois, - dans chaque stade de fermentation, on maintient une concentration d'au moins 4 % en volume d'éthanol, - la durée de passage du milieu de fermentation consistant en le substrat et les cellules de Zymomonas mobilis dans l'installation
totale est réglée à un maximum de trois heures un tiers, de pré-
férence de 0,8 à 2,5 heures, et/ou le taux de dilution du milieu de fermentation dans l'installation totale est régléà 0,3 heure 1, de préférence à un niveau de 0,4 à 1,25 h-1, - après le dernier stade de fermentation, les cellules de Zymomonas mobilis sont séparées par sédimentation et recyclées au premier stade de fermentation, et - on évacue le substrat contenant de l'éthanol débarassé des cellules
de Zymomonas mobilis.
Pour les divers stades de fermentation, on utilise
des fermenteurs disposes en série, de préférence 3 à 6 fermenteurs.
On peut donc régler séparément pour les stades individuels les concentrations en alcool ou en substrat. De même, on peut régler séparément la température dans chaque stade. Le substrat contenant des sucres traverse en continu tous les stades de fermentation,
de sorte que Les sucres fermentent peu à peu. Lorsque c'est néces-
saire, on peut introduire séparément dans chaque fermenteur ou chaque stade de fermentation un complément de substrat et un agent servant à régler le pH, par exemple une lessive alcaline, de sorte qu'on peut parvenir dans chaque stade à la productivité maximale par un réglage exact du rapport entre la population de micro-organismes et la concentration d'alcool et de sucre. Dans tous Les fermenteurs, on peut maintenir à cet effet un excès déterminé du substrat. On notera déjà que lors d'une fermentation en un seul stade, cela n'est pas possible car - pour éviter des pertes - il faut provoquer une fermentation aussi complète que possible des sucres contenus
dans le substrat.
Les substrats sont introduits dans l'installation de préférence à une forte teneur en sucres, ce qui offre l'avantage de pouvoir conserver ces substrats pendant des durées prolongées sans risque de contamination microbienne. Le milieu de dilution aqueux n'est ajouté qu'au premier stade de fermentation. Après cette dilution, une concentration d'environ 15 % de sucres dans
le substrat a donné des résultats particulièrement favorables.
Zymomonas mobilis peut fermenter des sucres tels que le glucose, le fructose et le saccharose, contenus par exemple
dans des mélasses, des hydrolysats d'amidon et de cellulose.
D'autre part, il y a dans le substrat, selon la
pratique habituelle et aux quantités habituelles, des sels nutri-
tifs tels que le sulfate d'ammonium, et des vitamines. A cet égard,
on a constaté un autre avantage secondaire du procédé selon l'inven-
tion: l'addition habituelle d'extrait de levure très coûteux, peut être pratiquement supprimée; on le remplace par de la liqueur
de macération de mais.
Les meilleures conditions de croissance pour Zymomonas mobilis se situent à des pH de 4,5 à 7 (cf "'Ethanol production by Zymomonas mobilis" in Advances in Biochemical Engineering, vol. 23
page 37).
Au-dessous de pH 4, on constate déjà une nette inhibition de la croissance et à un pH d'environ 3, il n'y a plus du tout de croissance de la bactérie. Par conséquent, l'intervalle de pH le plus favorable pour une fermentation par Zymomonas mobilis se situe entre 4,5 et 6,0; un pH d'environ 5,0 constitue le pH
optimal. Dans un milieu aussi légèrement acide, il n'y a pratique-
ment que les bactéries lactiques et les levures qui trouvent des
conditions de vie favorables. Une infection par d'autres micro-
organismes, si l'on évite des pH de 7 ou légèrement au-dessous - est très peu vraisemblable. Toutefois, dans le cas des bactéries lactiques, bien que des espèces hétérofermentatives excrètent elles-mêmes de l'éthanol en tant que produit de métabolisme, ces bactéries sont déjà nettement affectées à une concentration en éthanol d'environ
4 % en volume.
Les levures croissent principalement à des pH de 4 à 6, et pour ce qui concerne leur tolérance pour l'éthanol et leur sensibilité aux températures, elles se comportent presque de
la même manière que Zymomonas mobilis.
Toutefois, Zymomonas est strictement anaérobie et est détruit par l'oxygène. Certes, la levure peut croître et fermenter en l'absence totale d'oxygène mais elle se comporte autrement à l'égard de l'oxygène et sous l'action de cet élément, elle est portée à une formation accrue de cellules. Cela ressort nettement des taux de croissance spécifiques de levurescultivéesrespectivement dans des conditions aérobies et dans des conditions anaérobies. Alors qu'une levure du type Saccharomyces cultivée sans oxygène présente -1. un taux de croissance spécifique d'environ 0,15 h, La même levure,
sous aération, présente un taux de croissance de 0,25 h-1, c'est-à-
dire qu'elle croit presque deux fois plus vite. Dans des conditions anaérobies, Zymomonas mobilis croit à peu près aussi rapidement qu'une levure aérée mais avec un apport prolongé d'oxygène, la
bactérie meurt.
Afin d'exploiter les plus faibles taux de croissance
des levures dans des conditions strictrement anaérobies comparative-
ment à ceux de Zymomonas mobilis pour éviter une infection, on prévoit, en tant qu'autre caractéristique de la combinaison selon l'invention, de régler à une courte durée de passage ou à un fort taux de dilution du milieu de fermentation dans l'installation globale des stades de. fermentation ou fermenteurs. En raison des fortes vitesses de passage, on empêche l'apparition des levures par L'évacuation des cellules infectantes. Ainsi par exemple, à une durée de passage de 2 heures dans le système global, la vitesse
d'écoulement est déjà plus que trois fois trop forte pour l'appari-
tion des levures. En outre, cette mesure conduit à une production
d'éthanol particulièrment forte.
Même lorsque le système global a atteint l'état d'équilibre avec écoulement continu constant, une partie des flocons
de Zymomonas mobilis reste dans les stades de fermentation indi-
viduels. Une petite-partie des flocons, qui est fonction de la durée de passage observée, est évacuée des divers stades et transférée dans le stade qui suit immédiatement. Après le dernier stade de fermentation, les flocons entraînés par le substrat sont séparés,
la manière la plus simple de les séparer du substrat étant la sédi-
mentation. Dans cette séparation rendue possible par l'utilisation de souches floculantes de Zymomonas mobilis, une grande partie des microorganismes étrangers éventuellement contenus dans le milieu de fermentation est évacuée du système avec le substrat surnageant, contenant de l'éthanol, alors que dans le cas d'une séparation par centrifugation ou filtration, tous les micro-organismes étrangers
seraient recyclés avec Zymomonas mobilis.
Dans un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, une partie au moins du C02 formé dans les divers
stades de fermentation est recyclée dans chaque stade.
A cet effet, le C02 est évacué de l'espace des gaz des fermenteurs et envoyé, de préférence à l'état de fine division, par le bas, à nouveau dans les fermenteurs dans lesquels le gaz traverse le milieu de fermentation et provoque ainsi une répartition uniforme des flocons de Zymomonas miobilis. En outre, on évite ainsi
des dépôts éventuels au fond des fermenteurs.
Pour assurer une répartition aussi uniforme que possible des flocons dans toute la chambre de fermentation, il s'est également révélé avantageux d'évacuer dans chaque cas le milieu de fermentation à partir du fond des fermenteurs individuels et de
L'envoyer en tête du fermenteur suivant.
Un autre mode de réalisation préféré du procédé selon L'invention consiste à recycler au premier stade de fermenta- tion une partie au moins du résidu subsistant après récupération
de l'éthanol contenu dans Le substrat évacué.
Pour isoler l'éthanol, on rectifie par exemple le substrat fermenté qui a été évacué, dont la teneur est dans la plupart des cas d'environ 9 à 10 % en volume d'éthanol. Le résidu à peu près stérile en raison du chauffage de la rectification, contient encore des résidus de substances nutritives qu'on peut
faire utiliser par les micro-organismes si L'on recycle ce résidu.
En outre, on diminue ainsi la consommation d'eau fraîche. Toutefois, le recyclage est limité car la teneur du substrat en substances non valorisables amenées par le résidu ne doit pas augmenter trop fortement. Les exemples qui suivent illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée; dans ces exemptes, les indications de parties et de pourcentage s'entendent en poids sauf mention contraire.
Exemple
L'opération de fermentation est réalisée en trois stades opératoires dans une installation telle que représentée
schématiquement dans la figure unique du dessin annexé.
Dans cette figure, l'installation comprend trois
fermenteurs cylindriques fermés disposés en série, la, lb et lc.
Peu au-dessus du fond des fermenteurs, on trouve un organe de dis-
tribution de gaz, par exemple un verre fritté 2a, 2b et 2e. Le troisième fermenteur!c est suivi d'un récipient de sédimentation 3
de même construction que les fermenteurs mais avec un fond conique.
Le conduit 4 permet d'envoyer le substrat concentré
en sucres dans les fermenteurs la, lb et lc; dans chacune des déri-
vations correspondantes, on a placé des organes de fermeture res-
pectifs 5a, 5b et 5c. En outre, on a prévu un conduit 6 d'alimentation en lessive caustique,-également avec dérivations vers les fermenteurs
la, lb et lc. -
Dans ces dérivations, on a placé des régulateurs -de débit 7a, 7b et 7c. On peut utiliser à cet effet par exemple des vannes magnétiques, qui peuvent être commandées par des sondes de mesure du pH introduites dans les fermenteurs mais non représentées dans la figure. Le premier fermenteur la est en outre équipé d'un
conduit d'amenée 8 pour de l'eau.fraîche ou du résidu de fermenta-
tion recyclé. De l'espace des gaz de chacun des fermenteurs la, lb et lc, un conduit de gaz mène, par l'intermédiaire de compresseurs respectifs 9a, 9b et 9c, aux organes de distribution de gaz 2a, 2b
et 2c respectivement placés au fond de chacun des fermenteurs.
Pour l'évacuation du gaz en excès, on a également installé dans la partie de tête de chacun des fermenteurs la à lc et du récipient de sédimentation 3 un conduit de gaz avec organe de fermeture 10a, 0lob, 10c et 10d. La biomasse qui s'accumule dans le fond conique du récipient de sédimentation 3 est recyclée à l'aide d'une pompe 11, par l'internédiaire du conduit de matière
épaisse 12, en tête du premier fermenteur la. Le milieu de fermen-
tation est évacué dans chaque cas par le fond des fermenteurs la et lb, envoyé par les conduits 13 et 13' en tête du fermenteur suivant immédiatement-lb ou lc puis, du fond du fermenteur lc, par le-conduit 13", en tête du récipient de sédimentation 3. Du récipient de sédimentation 3, le substrat éthanolique est évacué par le conduit de débordement 14. Pour le réglage de température des fermenteurs et du récipient de sédimentation, on peut prévoir des doubles enveloppes non représentées sur la figure et qui sont
parcourues par un agent de transfert de chaleur.
Les fermenteurs et le récipient de sédimentation de l'installation utilisée ont un diamètre intérieur d'environ 12 cm et une hauteur d'environ 55 cm; leur capacité est de 5 l pour chacun d'eux. L'organe de distribution de gaz placé peu au-dessus du pied des fermenteurs est un verre fritté, et tous Les fermenteurs, comme
le récipient de sédimentation, ont une double enveloppe.
Au début de l'opération de fermentation, on introduit dans tous les fermenteurs et dans le récipient de sédimentation un substrat à 15 % de sucre contenant des substances nutritives et des vitamines; pour la préparation du substrat, on a utilisé avec des
2 5 71 2- 0 9 4
résuLtats identiques du glucose, du saccharose inverti ou un hydrolysat d'amidon. L'air contenu dans les récipients est refoulé par balayage de C02 ou d'azote et toute l'installation est ensemencée
par environ 70 g de floconsde Zymomonas mobilis. La culture bacté-
rienne en question est préparée dans une fermentation préalable qui dure d'après l'expérience quelques jours, jusqu'à ce que, après un ensemencement du substrat par une souche floculante de
Zymomonas mobilis, il y ait effectivement formation de flocons.
Après l'ensemencement, on abandonne l'installation pendant 6 heures sans alimentation, jusqu'à ce qu'il se produise un dégagement intense de gaz et que la concentration enéthanol de chaque fermenteur ait atteint environ 4 % en volume. Le C02 formé dans les stades de fermentation est recyclé dans chaque stade ou chaque fermenteur par l'intermédiaire des compresseurs 9a, 9b
et 9c.
On commence alors à introduire du substrat concentré et du liquide de dilution. Les réglages initiaux sont de 150 ml de substrat à 60 % de sucre/h et 750 ml d'eau fraîche/h dans le premier fermenteur la, et 100 ml de substrat à 60 % de sucre/h
dans le deuxième fermenteur lb, de sorte qu'on règle à une concen-
tration en sucre de 15 % à un débit total de 1 l/h. Bien que le substrat ait été réglé à l'origine à pH 5,0, il faut ajouter en permanence de la lessive caustique pour maintenir ce pH, car en raison de l'absorption de NH4+ provenant du sulfate d'ammonium contenu dans le substrat par le micro-organisme, il se produit
une acidification du milieu de fermentation.
Par recyclage intensif des flocons de bactéries qui se rassemblent au fond du récipient de sédimentation 3, il y a augmentation continue de la concentration de la biomasse, de sorte que finalement, à l'équilibre, cette concentration est de à 25 g de matière sèche/litre. En raison de la haute productivité spécifique de Zymomonas mobilis, on peut alors porter la quantité totale introduite de 1 l/h à 6 l/h sans trouver de sucre non fermenté
dans le milieu de fermentation après le troisième fermenteur lc.
Dans le substrat fermenté évacué par le conduit de débordement 14, on trouve 9,0 à 9,2 % en volume d'éthanol, ce qui correspond à un
rendement de 93 à 95 % de la théorie.
Avec une alimentation de 6 l/h et un volume de fermentation efficace de 15 l (3 x 5 l; par conséquent, durée de passage de 2,5 9 dans L'installation totale), il y a donc une pro-
ductivité en volume d'environ 36 l d'éthanol/m3.h.
On peut parvenir à des productivités encore plusfortes avec l'installation décrite. Toutefois, si l'on tient compte des
ordres de grandeur industriels, l'évacuation de la chaleur de fer-
mentation apparaissant dans des récipients de grande dimension à
une productivité encore plus forte constituerait un problème dif-
ficile à résoudre.
On a poursuivi la fermentation dans l'installation d'essai décrite en continu pendant 3 semaines. On n'a pas constaté de problème d'infection bien que ni le substrat concentré ni le
liquide de dilution n'aient été stérilisés.
Exemple comDaratif 1 On a fait fonctionner l'installation comme décrit dans l'exemple précédent au débit le plus fort et à une alimentation
totaLede6 lh, mais on a supprimé le réglage de pH. En raison de l'aci-
dification mentionnée ci-dessus par absorption de NH4+ par Zymomonas mobilis, le pH du milieu de fermentation diminue peu à peu pour atteindre finalement un niveau de 2,8. La première réaction de l'installation a consisté en la présence de sucre non fermenté au conduit de débordement 14, de sorte qu'il a fallu diminuer les vitesses de passage. Apres 30 h environ, on a pu observer les première cellules de levure au microscope, elles se sont multipliées en continu et finalement on les a retrouvées dans les flocons de bactéries. Après avoir diminué les débits de passage à 0,6 L/h,
on a interrompu la fermentation.
Exemple comparatif 2 On a fait fonctionner l'installation comme décrit cidessus à la production optimale et on a ensuite injecté par les verres frittés 2a, 2b et 2c de l'air à la place du C02 formé. Le premier effet observable a été une diminution nette du rendement en éthanol, au-dessous de 90 %, probablement en raison d'une formation
accrue de produits secondaires comme t'acide acétique ou l'acétaL-
déhyde. Comme autre conséquence, il a fallu diminuer Les débits de passage,ce qui a eu finalement pour conséquence L'apparition
de cellules de levure - favorisée en outre par l'apport d'oxygène -
dans le milieu de fermentation. Contrairement au cas de L'exemple comparatif 1, on a pu rétablir l'état de fonctionnement optimal deL'instatLation
en coupant l'alimentation en air et en injectant à nouveau du C02.
Cela a été possible car, contrairement au mode opératoire de L'exemple comparatif 1, La bactérie Zymomonas mobitis n'a pas
subi des dommages durables; elle a seulement été exposée à des condi-
tions défavorabLes. Après coupure de l'alimentation en air, on a d'abord constaté une nouvelle amélioration des rendements, on a pu accroître Les débits de passage et au bout de 40 heures environ,
toutes les levures avaient été évacuées de L'instaLlation.

Claims (3)

REVENDICATIONS
1. Procédé pour la préparation continue de l'éthanol à partir de substrats contenant des sucres par fermentation des sucres sous l'action d'une souche floculante de Zymomonas mobilis dans des conditions anaérobies et à un pH de 4,5 à 7, caractérisé par la combinaison de mesures suivantes: on envoie le substrat, sans stérilisation préalable, avec des
cellules de Zymomonas mobilis, dans plusieurs stades de fermen-
tation, à savoir au moins trois stades de fermentation, - dans chaque stade de fermentation, on maintient une concentration en éthanol d'au moins 4 % en volume, - la durée de passage du milieu de fermentation consistant en te substrat et les cellules de Zymomonas mobilis dans l'installation totale est réglée à un maximum de 3 h 1/3, de préférence de 0,8 à 2,5 h, ou bien le taux de dilution du milieu de fermentation dans l'installation totale est réglé à au moins 0,3 h 1, de préférence à un niveau de 0,4 à 1,25 h1, - après le dernier stade de fermentation, les cellules de Zymomonas mobilis sont séparées par sédimentation et recyclées au premier stade de fermentation, et - le substrat contenant de l'éthanol, débarrassé des cellules de
Zymomonas mobilis, est évacué.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en-ce que l'on recycle à chaque stade une partie du C02 formé dans les
divers stades de fermentation.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on recycle au premier stade de fermentation une partie au moins du résidu subsistant après récupération de L'éthanol à
partir du substrat éthanolique évacué.
FR8515496A 1984-10-18 1985-10-18 Procede pour la preparation continue de l'ethanol Expired FR2572094B1 (fr)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT0331884A AT385282B (de) 1984-10-18 1984-10-18 Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von aethanol

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2572094A1 true FR2572094A1 (fr) 1986-04-25
FR2572094B1 FR2572094B1 (fr) 1987-08-28

Family

ID=3548713

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR8515496A Expired FR2572094B1 (fr) 1984-10-18 1985-10-18 Procede pour la preparation continue de l'ethanol

Country Status (6)

Country Link
US (1) US4876196A (fr)
AT (1) AT385282B (fr)
CA (1) CA1239600A (fr)
DE (1) DE3535050A1 (fr)
FR (1) FR2572094B1 (fr)
SE (1) SE8504531L (fr)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR960003526B1 (ko) * 1992-10-02 1996-03-14 삼성전자주식회사 반도체 메모리장치
CH671777A5 (fr) * 1987-01-16 1989-09-29 Nestle Sa
FR2631040B1 (fr) * 1988-05-04 1992-01-10 Air Liquide Procede de production d'anhydride carbonique et d'ethanol par fermentation continue multietagee et installation
US4885241A (en) * 1988-10-13 1989-12-05 University Of Queensland Ethanol production by zymomonas cultured in yeast-conditioned media
US4985355A (en) * 1988-10-13 1991-01-15 University Of Queensland Ethanol production by zymomonas cultured in yeast-conditioned media
US5258293A (en) * 1991-05-03 1993-11-02 Trustees Of Dartmouth College Continuous process for ethanol production from lignocellulosic materials without mechanical agitation
US5514583A (en) * 1994-04-15 1996-05-07 Midwest Research Institute Recombinant zymomonas for pentose fermentation
US5843760A (en) * 1994-04-15 1998-12-01 Midwest Research Institute Single zymomonas mobilis strain for xylose and arabinose fermentation
CO5040141A1 (es) * 1998-06-24 2001-05-29 Barrenechea Luis Perez Procedimiento para la elaboracion de complejos polimericos a partir de residuos o subproductos efluentes de destilerias
US7074603B2 (en) 1999-03-11 2006-07-11 Zeachem, Inc. Process for producing ethanol from corn dry milling
ES2312337T3 (es) 1999-03-11 2009-03-01 Zeachem Inc. Proceso para producir etanol.
US20050233030A1 (en) 2004-03-10 2005-10-20 Broin And Associates, Inc. Methods and systems for producing ethanol using raw starch and fractionation
CN1780560B (zh) * 2003-03-10 2011-05-25 布罗因联合公司 利用生淀粉生产乙醇的方法
CN1938257A (zh) * 2004-01-29 2007-03-28 齐凯姆公司 有机酸的回收
US20050239181A1 (en) * 2004-03-10 2005-10-27 Broin And Associates, Inc. Continuous process for producing ethanol using raw starch
US20070037267A1 (en) * 2005-05-02 2007-02-15 Broin And Associates, Inc. Methods and systems for producing ethanol using raw starch and fractionation
US7919289B2 (en) * 2005-10-10 2011-04-05 Poet Research, Inc. Methods and systems for producing ethanol using raw starch and selecting plant material
US7666637B2 (en) * 2006-09-05 2010-02-23 Xuan Nghinh Nguyen Integrated process for separation of lignocellulosic components to fermentable sugars for production of ethanol and chemicals
US7815876B2 (en) 2006-11-03 2010-10-19 Olson David A Reactor pump for catalyzed hydrolytic splitting of cellulose
US7815741B2 (en) 2006-11-03 2010-10-19 Olson David A Reactor pump for catalyzed hydrolytic splitting of cellulose
US20080299624A1 (en) * 2007-06-01 2008-12-04 Edward Heslop Continuous fermentation apparatus and method
US9068206B1 (en) 2009-03-03 2015-06-30 Poet Research, Inc. System for treatment of biomass to facilitate the production of ethanol
US20100233771A1 (en) * 2009-03-03 2010-09-16 Mcdonald William F System for pre-treatment of biomass for the production of ethanol
MX2011009269A (es) 2009-03-03 2011-09-26 Poet Res Inc Fermentacion de biomasa para la produccion de etanol.
US8450094B1 (en) 2009-03-03 2013-05-28 Poet Research, Inc. System for management of yeast to facilitate the production of ethanol
US9533929B1 (en) * 2015-11-16 2017-01-03 Cater Technologies Direct catalytic conversion of sugars to ethanol

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2477571A1 (fr) * 1980-03-05 1981-09-11 Unisearch Ltd Procede de production d'ethanol a partir de milieux contenant un carbohydrate fermentable par culture de zymomonas mobilis et ethanol produit par ledit procede
US4460687A (en) * 1981-03-23 1984-07-17 Alfa Laval Ab Fermentation method

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4310629A (en) * 1980-04-03 1982-01-12 National Distillers & Chemical Corp. Continuous fermentation process for producing ethanol
CA1186644A (fr) * 1980-09-05 1985-05-07 Weston (George) Limited Production d'ethanol par fermentation bacterienne a haut rendement
US4443543A (en) * 1980-12-08 1984-04-17 Unisearch Limited Semibatch ethanol production
US4413058A (en) * 1982-01-28 1983-11-01 Arcuri Edward J Continuous production of ethanol by use of flocculent zymomonas mobilis

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2477571A1 (fr) * 1980-03-05 1981-09-11 Unisearch Ltd Procede de production d'ethanol a partir de milieux contenant un carbohydrate fermentable par culture de zymomonas mobilis et ethanol produit par ledit procede
US4460687A (en) * 1981-03-23 1984-07-17 Alfa Laval Ab Fermentation method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JOURNAL OF FERMENTATION TECHNOLOGY, vol. 62, no. 1, 1984, pages 55-62, Suita, JP; S. LIMTONG et al.: "Continuous ethanol production by a concentrated culture of flocculating yeast" *

Also Published As

Publication number Publication date
DE3535050A1 (de) 1986-04-24
SE8504531D0 (sv) 1985-10-01
DE3535050C2 (fr) 1993-09-23
CA1239600A (fr) 1988-07-26
FR2572094B1 (fr) 1987-08-28
ATA331884A (de) 1985-12-15
SE8504531L (sv) 1986-04-19
AT385282B (de) 1988-03-10
US4876196A (en) 1989-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2572094A1 (fr) Procede pour la preparation continue de l'ethanol
Durieux et al. Continuous malolactic fermentation by Oenococcus oeni entrapped in LentiKats
Roukas et al. Production of citric acid from brewery wastes by surface fermentation using Aspergillus niger
Fages et al. 2, 3-Butanediol production from Jerusalem artichoke, Helianthus tuberosus, by Bacillus polymyxa ATCC 12 321. Optimization of k L a profile
FR2745297A1 (fr) Utilisation d'une souche bacterienne pour la fabrication de l'acide formique ou du formiate et procede de fermentation utilisant cette souche
EP0648273B1 (fr) Procédé pour l'obtention de produits à activité bactérienne capables de transformer le glycérol en 1,3-propanediol, souches correspondantes et application à la production industrielle d'1,3-propanediol
CN103842512A (zh) 在发酵过程中防止细菌感染的方法
Balakumar et al. Isolation and improvement of a thermotolerant Saccharomyces cerevisiae strain
EP0217076B1 (fr) Production d'alcool
KR100318755B1 (ko) 저온멸균법을 이용한 목질계 당화액으로부터 고농도에탄올 제조 방법
WO2014208621A1 (fr) Procédé de culture micro-algues et procédé de traitement de l'eau de drainage
JP5249106B2 (ja) エタノールの連続発酵製造方法
JP3004509B2 (ja) 微細藻からのエタノール製造方法及び装置
FR2780414A1 (fr) Procede de production d'erythritol par fermentation discontinue alimentee repetee
FR2630429A1 (fr) Procede d'epuration et de valorisation des effluents organiques en particulier agroalimentaires ou agricoles par des cultures de levures selectionnees et souches utilisees pour la mise en oeuvre de ce procede
EP0350355B1 (fr) Procédé de production d'acide butyrique normal par fermentation à partir d'un substrat sucré en présence d'au moins une souche de l'espèce clostridium
CA1278759C (fr) Procede de production d'anhydride carbonique et d'ethanol par fermentation continue, et appareillage de mise en oeuvre
Zayed et al. The influence of fermentation conditions on ethanol yields from sugar beet molasses and fodder beet juice using Saccharomyces cerevisiae strains
FR2583060A1 (fr) Production de butanol et d'acetone par fermentation avec recyclage de la biomasse par ultrafiltration
Nigam et al. Optimization of dilution rate for the production of value added product and simultaneous reduction of organic load from pineapple cannery waste
Muria The Effect of Sugar Concentration and Time for Nypa Sap Fermentation into Acetic Acid using Acetobacter pasteurianus
JPH0787986A (ja) 微細藻からのエタノールの製造方法
Sánchez et al. Kinetics of sugar mill wastewater treatment by down-flow anaerobic fixed bed reactors
WO2023198898A1 (fr) Procédé continu de croissance d' un microorganisme
Hilary et al. Preliminary investigation of the effect of the use of pineapple juice and the waste on ethanol production by Zymomonas mobilis