FR2669038A1

FR2669038A1 - Procede de fermentation continue en vue de la production d'alcool a l'aide d'un microorganisme floculant.

Info

Publication number: FR2669038A1
Application number: FR9113803A
Authority: FR
Inventors: Kuriyama Hiroshi; Kobayashi Harumi; Ishibashi Hiroki; Miyakawa Hisashi; Horiuchi Junichi
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology; Toyo Engineering Corp
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Toyo Engineering Corp
Priority date: 1990-11-09
Filing date: 1991-11-08
Publication date: 1992-05-15
Anticipated expiration: 2011-11-08
Also published as: CA2054860A1; FR2669038B1

Abstract

On décrit un procédé pour la fermentation continue de saccharides en alcool à l'aide d'un microorganisme floculant comme microorganisme de fermentation;alcoolique. Ce procédé comprend au moins deux étapes; à la première étape, on utilise un réservoir (1) de propagation de cellules du type agité, équipé d'un appareil (27) de mesure du quotient respiratoire, le cas échéant, d'un appareil d'introduction d'oxygène, d'un dispositif de commande de la température, et d'un appareil (3) de séparation des cellules; on règle la quantité de propagation des cellules et le rendement de fermentation en alcool a l'aide du quotient respiratoire (QR) comme indice, de sorte qu'un microorganisme floculant à activité de fermentation sensiblement élevée se développe en continu, et, à la seconde étape, on introduit lesdits microorganismes floculants qui se sont développés dans un réservoir de fermentation (2) pour la production en continu d'alcool très concentré, équipé d'un appareil d'introduction d'oxygène, d'un dispositif de commande de la température et d'un appareil (33) de séparation des cellules.

Description

PROCEDE DE FERMENTATION CONTINUE EN WE DE LA PRODUCTION
D'ALCOOL A L'AIDE D'UN MICROORGANISME FLOCULANT.

L'invention concerne un procédé pour la production continue d'alcool par fermentation de saccharides à l'aide de microorganismes floculants.

D'une manière générale, lorsqu'une fermentation continue de saccharides en alcool est effectuée, les microorganismes de fermentation souffrent d'une4 inhibition de la fermentation et d'une inhibition de la propagation par l'alcool produit, et le rapport des cellules viables et l'activité de fermentation chutent dans le réservoir de fermentation. De plus, l'activité de fermentation des cellules chutent dans un environnement dans lequel la concentration en alcool est élevée, et, par conséquent, il est nécessaire de maintenir la concentration en alcool dans le réservoir de fermentation à un faible niveau, et une grande quantité d'énergie est nécessaire pour la concentration et la séparation à l'étape ultérieure.De façon classique, il est difficile d'opérer en continu de façon stable pendant une longue période de temps avec une concentration en éthanol qui est maintenue, par exemple, à 70 g/l ou au-delà.

Pour surmonter les problèmes ci-dessus, on a suggéré une diversité de procédés et d'appareillages.

Autrement dit, il est nécessaire d'augmenter la concentration des cellules dans le réservoir de fermentation, de sorte que la productivité d'alcool par fermentation puisse être accrue, et pour atteindre cela, par exemple, on a suggéré un procédé dans lequel une levure immobilisée est utilisée (Manuel des Alcools - Alcohol
Handbook, publié par Zaidan-Hojin Hakko-Kogyo-Kyokai (15 mars 1988), pages 145 à 147), un procédé dans lequel des cellules sont supportées sur un support (Manuel des
Alcools - Alcohol Handbook mentionné ci-dessus, pages 149 à 150), et un procédé dans lequel des cellules sont récupérées à partir de la purée fermentée par séparation centrifuge, qui est à recycler dans le réservoir de fermentation (Manuel des Alcools - Alcohol Handbook mentionné ci-dessus, page 146).Cependant, ces procédés s'accompagnent de problèmes tels que le coût élevé du support des cellules et la détérioration du support luimême. I1 se pose également le problème que le coût pour s'équiper d'un séparateur centrifuge et les coûts de fonctionnement courant sont élevés.

Par ailleurs, un procédé de production par fermentation est proposé, dans lequel on utilise une levure floculante, un réservoir de séparation par décantation est associé à un réservoir de fermentation de type tour, et deux réservoirs de fermentation de type tour de ce type sont disposés en série (Manuel des Alcools - Alcohol
Handbook mentionné ci-dessus, pages 150 à 151, et
J. FERMENT. BIOENG., Vol.69, n"l, 39 à 45, 1990), mais lorsque la concentration des cellules est accrue dans un réservoir de fermentation de type tour, l'agitation dans le réservoir de fermentation devient insatisfaisante, provoquant de cette façon, par exemple, une déviation de l'écoulement, et le rendement de fermentation diminue de façon désavantageuse.Egalement, il se pose le problème que des agglomérats de cellules sont formés, bouchant ainsi le conduit pour la transmission du liquide.

De plus, le procédé dans lequel le contrôle du quotient respiratoire (QR) est appliqué à la culture de cellules est connu pour être efficace dans l'alimentation d'une culture dans la production de levures de boulanger (Seibutsu Hanno Process System Handbook, publié par Science
Forum (25 avril 1985), pages 238 à 244). Dans ce cas, la quantité de saccharides d'alimentation est réglée pour maintenir le QR dans la plage de 1 à 1,2, de sorte que la propagation de la levure puisse être maintenue à sa valeur optimale. Cependant, il n'y a pas d'exemple dans lequel le
QR est utilisé pour la production continue d'alcool.

Par conséquent, l'objectif de l'invention est de proposer un procédé pour la production continue d'alcool par fermentation de saccharides d'une manière efficace et stable.

Encore d'autres objectifs, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de façon plus évidente à la lecture de la description suivante considérée en liaison avec les dessins annexés.

Sur ces dessins
- la Figure 1 est un schéma de fonctionnement d'un mode de réalisation pour la mise en oeuvre du présent procédé
- la Figure 2 est un schéma de fonctionnement d'un autre mode de réalisation pour la mise en oeuvre de la présente invention.

Les inventeurs ont étudié pour résoudre les problèmes précités de différentes manières et ils ont découvert que, pour maintenir élevée la concentration de cellules dans un réservoir de fermentation, lorsqu'une fermentation de saccharides en alcool à l'aide d'un microorganisme floculant est effectuée en deux étapes, et lorsqu'un réservoir de propagation de cellules du type agité, équipé d'un appareil d'introduction d'oxygène et d'un appareil de séparation des cellules est utilisé à la première étape, pour cultiver en continu un microorganisme floculant à une concentration élevée, et lorsqu'un appareil de séparation par décantation est utilisé dans un réservoir de fermentation de la seconde étape, dans laquelle un alcool est produit de façon substantielle en continu, le microorganisme à activité de fermentation alcoolique élevée peut être introduit en continu dans le réservoir de fermentation de la seconde étape, l'opération peut être effectuée en continu de façon stable pendant une longue période de temps, une concentration élevée d'alcool étant maintenue, ce qui a permis de surmonter les problèmes cidessus et a conduit à la présente invention.

Autrement dit, conformément à la présente invention, il est proposé un procédé de fermentation continue de saccharides en alcool à l'aide d'un microorganisme floculant en tant que microorganisme de fermentation alcoolique, caractérisé par le fait que la production d'alcool est effectuée en au moins deux étapes qu'à la première étape, on utilise un réservoir de propagation de cellules de type agité, équipé d'un appareil d'introduction d'oxygène et d'un appareil de séparation des cellules, de sorte que les microorganismes floculants à activité de fermentation sensiblement élevée se développent en continu ; et qu'on introduit lesdits microorganismes floculants dans un réservoir de fermentation à la seconde étape en vue de la production continue d'alcool très concentré (désigné comme étant un premier mode de réalisation).

En outre, les inventeurs ont conduit des études approfondies et ils ont découvert que, pour maintenir élevée la concentration de cellules dans un réservoir de fermentation, (1) lorsque une fermentation de saccharides en alcool à l'aide d'un microorganisme floculant est effectuée en deux étapes, et (2) lorsque un réservoir de propagation de cellules de type agité, équipé d'un appareil d'introduction d'oxygène, d'un dispositif de commande de la température et d'un appareil de séparation par décantation, séparant et condensant les cellules, est utilisé à la première étape, et qu'on règle la quantité de propagation de cellules et le rendement en alcool en utilisant comme indice le quotient respiratoire (QR) dans ce réservoir de propagation de cellules, un microorganisme à activité élevée d'aptitude à la floculation et de fermentation peut être développé dans le réservoir de propagation des cellules à la première étape et peut être introduit en continu de façon quantitative dans un réservoir de fermentation de la seconde étape, et, par conséquent, alors que le microorganisme à activité élevée en fermentation alcoolique peut être maintenu à une concentration élevée dans le réservoir de fermentation de la seconde étape, l'opération peut être effectuée en continu de façon stable pendant une longue période de temps, une concentration élevée en alcool étant maintenue, ce qui a permis de surmonter les problèmes ci-dessus et a conduit à la présente invention.

Autrement dit, conformément à un autre mode de réalisation de la présente invention, il estFproposé un procédé de fermentation continue de saccharides en alcool, à l'aide d'un microorganisme floculant en tant que microorganisme de fermentation alcoolique, caractérisé par le fait que la production d'alcool est effectuée en au moins deux étapes ; qu'à la première étape, on utilise un réservoir de propagation de cellules de type agité, équipé d'un appareil de mesure du quotient respiratoire, d'un appareil d'introduction d'oxygène, d'un dispositif de commande de la température, et d'un appareil de séparation des cellules ; qu'on règle la quantité de propagation des cellules et le rendement de fermentation en alcool en utilisant le quotient respiratoire (QR) comme indice, de sorte qu'un microorganisme floculant à activité de fermentation sensiblement élevée se développe en continu et qu'à la seconde étape, on introduit ledit microorganisme floculant dans un réservoir de fermentation pour la production en continu d'alcool très concentré, équipé d'un appareil d'introduction d'oxygène, d'un dispositif de commande de la température et d'un appareil de séparation de cellules (désigné comme étant un second mode de réalisation).

Dans le présent procédé, comme microorganisme floculant utilisé dans la fermentation alcoolique, on utilise une levure ou une bactérie dont la concentration cellulaire peut être accrue par l'utilisation d'un appareil de séparation pour décantation. On préfère des microorganismes dont la propagation est facilitée de façon particulière dans des conditions aérobies. Par exemple, une levure floculante du genre Saccharomvces cerevisiae peut être utilisée.

Dans le présent procédé, par l'utilisation de tels microorganismes floculants, il est possible de maintenir la concentration de cellules à un niveau élevé et d'obtenir les cellules sans grands frais, ce qui conduit à un faible coût de propagation des cellules. Par ailleurs, lorsqu'un microorganisme non floculant est utilisé, des problèmes se posent, tels que non seulement des cellules ne sont pas utilisées, mais également le volume du réservoir de fermentation doit être important en raison de la faible concentration des cellules, parce que les cellules s'écoulent hors de la purée fermentée.

Dans le présent procédé, on peut utiliser, comme saccharides, par exemple, le glucose, le sucrose, le fructose, le xylose, le galactose, le cellobiose, les liquides saccharifiés par l'amidon, et les jus de mélasse, de canne à sucre ou de betterave sucrière.

Dans le premier mode de réalisation de la présente invention, la condition la plus appropriée pour l'introduction d'oxygène dans le réservoir de propagation des cellules de la première étape peut être déterminée par la sorte de microorganisme, mais, de préférence, l'oxygène est introduit à la vitesse de 1 à 1 500 moles/m3.h, de préférence, 50 à 1 000 moles/m3.h. Dans le cas de l'introduction d'air ou d'air contenant de l'oxygène à une concentration élevée, on introduit de l'air qui contient de l'oxygène dans une quantité correspondant à la vitesse cidessus.La quantité d'oxygène à introduire dans le réservoir de fermentation de la seconde étape se situe, de préférence, dans une plage de 0 à 300 moles/m3.h, signifiant que la quantité d'oxygène peut être réduite par comparaison avec la première étape, parce que la fermentation alcoolique ne nécessite pas d'oxygène de façon appréciable, d'où il résulte qu'elle peut être de O conformément à la sorte de microorganisme.

Dans le second mode de réalisation du présent procédé, comme appareil de mesure du quotient respiratoire, on peut utiliser n'importe quel appareil de mesure du quotient respiratoire, lequel peut mesurer la consommation d'oxygène (Q02) et la quantité de dioxyde de carbone produit (QC02) dans le réservoir placé dans le réservoir de propagation de cellules de la première étape, et, par exemple, l'appareil de mesure du quotient respiratoire peut comprendre un appareil de mesure des quantités de gaz à l'entrée et à la sortie du réservoir, un appareil pour mesurer la concentration d'oxygène et de dioxyde de carbone, et, si nécessaire, un appareil pour calculer le quotient respiratoire (QR), QR étant égal à Qc02/Qo2.

Dans le présent procédé, les inventeurs ont étudié de façon détaillée la propagation des cellules à la première étape, et ils ont découvert qu'au moment de la culture semi-aérobie, de l'adénosine triphosphate (ATP) est produit à la fois dans la respiration et dans la fermentation éthanolique, et que le rendement cellulaire prend une valeur intermédiaire entre celle de la respiration seulement et celle de la fermentation éthanolique seulement, et que si, dans ce système semiaérobie, on suppose que les rapports production de cellules/production d'ATP et production de cellules/ quantité de saccharides utilisés sont constants, le rendement cellulaire YX/S (g/g) et le rendement en éthanol Yp/S (mole/mole) par quantité de saccharides utilisés peuvent être exprimés par le QR, ce qui est un indice du degré aérobie.Par exemple, en supposant YX/S dans les conditions aérobies parfaites comme étant de 0,5 et le YX/S dans les conditions anaérobies parfaites comme étant de 0,05, les expressions sont les suivantes

où Z est le nombre de moles du saccharide consommé pour la production de sous-produits (par exemple, glycérol) sans la production d'ATP lorsque 1 mole de monosaccharide est utilisée.

Si seul le glycerol est pris en considération, à partir des valeurs de l'expérience, zOX (z dans les conditions aérobies parfaites) est d'environ 0,05 et ZRED (Z dans des conditions anaérobies parfaites) est d'environ 0,05. On considère que Z dans les conditions semi-aérobies prend une valeur intermédiaire à ces valeurs et est variable en fonction de QR, et que, par exemple, un calcul est possible si l'on suppose qu'il est de 0,025. De là, la relation entre les conditions de culture (QR et la vitesse d'introduction des saccharides) de la première étape et la concentration en cellules et la concentration en alcool du liquide qui s'est écoulé hors de la première étape, peut être estimée pour déterminer les conditions de fonctionnement de la première étape.

Dans le présent procédé, bien que le QR optimal du réservoir de propagation des cellules de la premiere étape soit déterminé par la sorte de cellule et la concentration en éthanol du réservoir de fermentation de la seconde étape, de façon souhaitable, l'opération est effectuée avec un QR optimal se situant dans la plage de 2 à 200, de préférence dans la plage de 15 à 100. Si de l'air ou de l'air contenant de l'oxygène à une concentration élevée est introduit, on effectue le réglage du QR en faisant varier la vitesse d'introduction d'oxygène et le nombre de tours d'agitation. Si le QR est trop important, la vitesse de propagation des cellules diminue. Par ailleurs, si le QR est trop faible, la tendance à la propagation des cellules augmente, mais la propriété de floculation diminue et une concentration élevée en cellules ne peut pas être maintenue.

Dans le présent procédé, de préférence, le réservoir de propagation de cellules de la première étape et le réservoir de fermentation de la seconde étape sont chacun dotés d'un appareil de dispersion des gaz en tant qu'appareil d'introduction d'oxygène et d'un appareil de réglage du débit.

Dans le présent procédé, le réservoir de propagation des cellules de la première étape est équipé d'un appareil d'agitation pour agiter les cellules à une concentration élevée et les saccharides de façon suffisante, afin de régler le QR. Le type de l'appareil d'agitation peut être quelconque si le mélange dans le réservoir peut être effectué de façon satisfaisante, et, de préférence, l'appareil d'agitation est équipé de pales d'agitation de faible force de cisaillement faible, telles que des hélices et des lames en ruban. La raison en est que si la force de cisaillement est importante, elle influence de façon défavorable la performance de floculation des cellules, à savoir, dans certains cas, les cellules se déposent de façon non satisfaisante dans le réservoir de séparation des cellules par décantation et une concentration élevée des cellules ne peut pas être conservée.

Dans le présent procédé, le réservoir de fermentation de la seconde étape n' est pas nécessairement un réservoir agité et peut être un réservoir de fermentation de type tour, mais un appareil pour le mélange dans le réservoir de fermentation est nécessaire. Par exemple, un réservoir de fermentation de type à lit mobile peut être utilisé. De préférence, si un réservoir de fermentation d'un type réservoir agité est utilisé, l'état mélangé peut être contrôlé de façon appropriée.

Les réservoirs de séparation des cellules par décantation qui sont utilisés pour les réservoirs de fermentation des première et seconde étapes peuvent être disposés à l'intérieur ou à l'extérieur des réservoirs de fermentation, et la concentration en cellules dans le réservoir de fermentation peut être maintenue à 10 g/l ou au-dessus, de préférence, à une valeur de 50 à 120 g/l, en termes du poids des cellules séchées.

De plus, les cellules qui se propagent dans le réservoir de propagation des cellules de la première étape s'écoulent du réservoir de séparation par décantation et elles sont adressees au réservoir de fermentation de la seconde étape.

Dans le présent procédé, il est possible de faire varier la concentration de saccharides à introduire et la vitesse d'introduction de saccharides pour le réservoir de propagation de cellules de la première étape et pour le réservoir de fermentation de la seconde étape de manière indépendante, et la concentration de saccharides à introduire dans le réservoir de propagation de cellules est, de préférence, de 1 à 20% en poids, de façon davantage préférée, de 5 à 15% en poids. Par ailleurs, la concentration de saccharides à introduire dans le réservoir de fermentation de la seconde étape est, de préférence, de 20% en poids ou au-dessus, de façon davantage préférée, de 20 à 60% en poids.

La concentration en saccharides restants dans le réservoir de propagation de cellules de la première étape est , de préférence, de 50 g/l ou au-dessous, de façon davantage préférée, de 10 g/l ou au-dessous, et la concentration en saccharides restants dans le réservoir de fermentation de la seconde étape est, de préférence, de 10 g/l ou au-dessous, de façon davantage préférée, de 3 g/l ou au-dessous. Si la concentration est élevée, la décantation et la séparation des cellules deviennent insatisfaisantes en raison du dioxyde de carbone dégagé en même temps que la fermentation dans le réservoir de séparation par décantation, non seulement amenant la concentration de cellules dans le réservoir de fermentation à diminuer, mais encore augmentant les saccharides non fermentés qui s'écoulent, ce qui diminue le rendement de fermentation de l'alcool.

Dans la présente invention, la concentration en alcool dans le réservoir de propagation de cellules de la première étape est, de préférence, de 70 g/l ou au-dessous, de façon davantage préférée, de 60 g/l ou au-dessous. Si la concentration en alcool dépasse 70 g/l, l'inhibition de la propagation devient importante en raison de l'alcool, et, non seulement les cellules meurent pour diminuer la concentration cellulaire, mais également une inhibition de fermentation alcoolique a lieu, ce qui amène la vitesse de fermentation à chuter. Dans le réservoir de fermentation de la seconde étape, la fermentation est effectuée de sorte que la concentration en alcool puisse être de 70 g/l ou audessus, de préférence, de 80 à 150 g/l.

Dans la présente invention, les dispositifs de commande de la température associés au réservoir de propagation des cellules de la première étape et au réservoir de fermentation de la seconde étape peuvent être ceux qui peuvent contrôler la température dans ces réservoirs, par exemple, en faisant passer de l'eau dont la température a été ajustée dans une chemise disposee au voisinage de l'extérieur du réservoir.

Dans le présent procédé, les températures de fermentation dans le réservoir de propagation des cellules de la première étape et le réservoir de fermentation de la seconde étape sont déterminées en fonction du type de cellules et se situent dans la plage de respectivement 20 à 65"C et 15 à 40"C. Etant donné que, de façon générale, à une température élevée, l'activité de fermentation alcoolique est fortement inhibée, la température régnant dans le réservoir de fermentation alcoolique est, de façon souhaitable, réglée pour se situer à une valeur inférieure de 5 à 15"C à celle du réservoir de propagation des cellules.

Dans le présent procédé, pour récupérer l'alcool provenant du gaz d'échappement de fermentation à partir de chaque réservoir de fermentation, un appareil de récupération d'alcool, tel qu'un condenseur ou une tour de lavage, peuvent être prévus.

Dans le présent procédé, une solution d'une substance nutritive nécessaire pour la propagation des cellules, telle qu'un extrait de levure, un extrait de malt, et une polypeptone, peut être ajoutée dans le réservoir de propagation des cellules de la première étape et le réservoir de fermentation de la seconde etape.

L'invention va maintenant être décrite plus en détail avec référence aux dessins.

La Figure 1 est un schéma de fonctionnement montrant un mode de réalisation de cette invention, dans lequel un saccharide est introduit par un conduit 4 et de l'oxygène, de l'air ou similaire est introduit par un conduit 5 dans un réservoir 1 de propagation des cellules, de type agité, d'une première étape.

La propagation de cellules d'un microorganisme floculant pour utilisation en fermentation alcoolique est facilitée dans des conditions aérobies. Une solution de substance nutritive pour la propagation des cellules peut être introduite par un conduit 4 dans le réservoir 1 de propagation de cellules et par un conduit 13 dans un réservoir de fermentation 2.

Le réservoir 1 de propagation de cellules, du type agité, est équipé d'un appareil de dispersion des gaz pour adresser de l'oxygène et de pales d'agitation pour agiter les cellules à une concentration élevée,. La forme des pales d'agitation est, de préférence, une forme qui crée une faible force de cisaillement, et des exemples de pales d'agitation sont les hélices ou les lames en ruban.

On fait passer le liquide fermenté dans le réservoir 1 de propagation des cellules, du type agité, par un conduit 22, dans un réservoir 3 de séparation par décantation (si un réservoir 3 de séparation est disposé dans le réservoir de fermentation, les conduits 22 et 23 ne sont pas nécessaires).

On fait passer le liquide séparé et s'écoulant hors de l'appareil 3 de séparation par décantation du réservoir 1 de propagation des cellules à travers le conduit 8, et la totalité ou une partie du liquide est adressée dans un réservoir 2 de fermentation alcoolique de la seconde étape ou dans un conduit 11 par un conduit 9.

Lorsque ce liquide qui s'est écoulé ne contient presque pas de saccharide et d'alcool, le liquide est évacué par le conduit 9 dans un conduit 10.

Par ailleurs, les cellules décantées et séparées sont introduites dans le réservoir 2 de fermentation alcoolique, dans une quantité telle que nécessaire par un conduit 6, et le reste est redresse dans le réservoir 1 de propagation des cellules.

Le gaz de fermentation est évacué par un conduit 16 du réservoir de propagation 1 et un conduit 20 du réservoir 3 de séparation par décantation. L'alcool contenu dans le gaz de fermentation est récupéré par un appareil 24 de récupération d'alcool par un conduit 25, et le gaz de fermentation est évacué par un conduit 26.

Comme réservoir de fermentation 2 de la seconde étape, par exemple, un réservoir de fermentation du type à lit mobile peut être utilisé. De plus, on peut faire passer le gaz de fermentation évacué par un conduit 14 du réservoir de fermentation 2 par des conduits 15 et 12 pour être recyclé dans le réservoir de fermentation 2, afin d'obtenir un effet d'agitation. De préférence, on utilise un réservoir de fermentation du type réservoir agité, et, dans ce cas, l'état mélangé peut être contrôlé de façon appropriée. Le gaz de fermentation alcoolique est évacué par le conduit 14 et un conduit 21. L'air ou l'oxygène adressé au réservoir de fermentation 2 est introduit par le conduit 12.

On fait passer le liquide ayant subi la fermentation alcoolique complète par un conduit 23 dans le réservoir 33 de séparation par décantation, où les cellules sont séparées, et le liquide contenant les cellules est renvoyé par un conduit 17 dans le réservoir de fermentation 2. Si nécessaire, les cellules peuvent être retirées par un conduit 18 et les cellules retirées peuvent être adressées par un conduit 19 dans le réservoir 1 de propagation des cellules. Les réservoirs 3 et 33 de séparation des cellules par décantation peuvent être disposés intérieurement ou extérieurement au réservoir de fermentation. On peut faire varier la concentration des saccharides et la vitesse d'introduction des saccharides de manière indépendante pour le réservoir de propagation 1 et le réservoir de fermentation 2.Il est préférable que la concentration des saccharides à introduire par le conduit 13 dans le réservoir de fermentation 2 soit de 20% ou au-dessus.

De plus, l'opération est effectuée d'une manière telle que la concentration des saccharides dans le réservoir 1 de propagation des cellules et le réservoir de fermentation 2 soit de 50 g/l ou au-dessous, de préférence, de 10 g/l ou au-dessous.

La Figure 2 est un schéma de fonctionnement montrant un autre mode de réalisation de cette invention.

Ce schéma de fonctionnement est le même que celui de la
Figure 1, excepté que le réservoir 1 de propagation des cellules de la première étape est équipé d'un appareil 27 de mesure du quotient respiratoire et des conduits 29 et 30, entre les conduits 5 et 16, et un conduit 28 provenant du réservoir 3 de décantation des cellules est relié au conduit 16 provenant du réservoir 1 de propagation des cellules en un point situé en amont de la connexion de la ligne 30.

La propagation des cellules d'un microorganisme floculant pour l'utilisation en fermentation alcoolique est, comme décrit ci-dessus, facilitée dans des conditions aérobies. Le rendement en cellules et le rendement de fermentation alcoolique ont une corrélation avec le quotient respiratoire (QR). Le contrôle du QR peut être effectué de telle sorte que le QR soit maintenu à une valeur prédéterminée par mesure des débits de gaz des conduits 5 et 16 et de la concentration en oxygène et de la concentration en dioxyde de carbone par un appareil 27 de mesure du QR, puis, par utilisation de la valeur du QR sur la base des valeurs mesurées, l'introduction d'oxygène et le nombre de tours d'agitation sont réglés. De préférence, ce réglage peut être effectué sur un mode en ligne, mais le contrôle peut également être effectué sur un mode hors groupes.

Le réservoir 1 de propagation des cellules du type agité est équipé d'un appareil d'introduction d'oxygène et d'un appareil d'agitation pour le contrôle du
QR.

Les chiffres de référence sur la Figure 2, identiques à ceux de la Figure 1, indiquent des éléments identiques à ceux de la Figure 1, et ont des fonctions de travail identiques à celles de la Figure 1, d'où il résulte que des descriptions qui feraient double emploi sont omises. Sur la Figure 2, des conduits peuvent être prévus pour évacuer le liquide s'écoulant hors de l'appareil 3 de séparation par décantation, lorsque le liquide ne contient presque pas de saccharide et d'alcool.

La présente invention va maintenant être décrite plus en détail avec référence à un Exemple et à des
Exemples Comparatifs.

ExemPle 1
Comme saccharides, on a utilisé une mélasse des
Philippines contenant 56,6% de saccharide fermentable. La composition du milieu de culture de fermentation était telle qu'elle contenait, comme source de substance nutritive, 3 g/l de sulfate d'ammonium, et, comme agent antimousse, 0,1 ml/l d'Adekanol LG 294 (marque de fabrique). La mélasse des Philippines a été diluée avec de l'eau de sorte que la teneur en saccharides pour le réservoir de propagation des cellules a pu être ajustée à 80 g/l, et la teneur en saccharides pour le réservoir de fermentation alcoolique a pu être de 300 g/l. F
Les milieux de fermentation ont été stérilisés à 1200C pendant 10 minutes et ont été introduits dans les réservoirs de fermentation respectifs.

Comme microorganisme floculant, on a utilisé
Saccharomvces cerevisiae IR-2, et la fermentation éthanolique a été effectuée selon la Figure 1. Ce microorganisme floculant a été préalablement développé d'une façon habituelle avant d'être introduit dans le présent procédé.

Par le conduit 4, le milieu de mélasse ayant une teneur en saccharides de 80 g/l a été introduit dans le réservoir 1 de propagation des cellules, à un débit tel que le taux de dilution était de 0,187 h-1. A ce moment, 10% du liquide dans le réservoir de propagation de cellules ont été inoculés. On a effectué l'introduction d'oxygène en faisant passer de l'air dans le réservoir de propagation des cellules. La vitesse d'introduction de l'oxygène a été fixée à 140 moles/m3.h. Les pales d'agitation étaient du type hélice et le nombre de tours de rotation était de 200 tpm. La température de fermentation était de 30"C, et le pH a été maintenu à une valeur de 4,75 à 4,8.

A ce moment, dans le réservoir 1 de propagation de cellules, la concentration de cellules est devenue de 120 g/l en termes du poids sec, la concentration en alcool est devenue de 46 g/l, et la concentration en saccharides restants est devenue de 0,1 g/l ou au-dessous. Ce liquide de fermentation a été introduit dans le réservoir 3 de séparation par décantation et la totalité du liquide s'étant écoulé hors de celui-ci a été introduite dans le réservoir de fermentation 2. A ce moment, la concentration en cellules du liquide qui s'était écoulé était de 13 g/l.

Toutes les cellules séparées ont été renvoyées au réservoir 1 de propagation de cellules.

Par ailleurs, le milieu de mélasse ayant une concentration en saccharides de 300 g/l a été introduit dans le réservoir de fermentation 2, le taux tde dilution étant de 0,075 h-l, et, comme alimentation en oxygène, de l'air a été utilisé avec une vitesse d'introduction de 22,3 moles/m3.h. Les pales d'agitation étaient du type hélice et le nombre de tours de rotation était de 100 tpm. La température de fermentation était de 30"C et le pH a été maintenu à une valeur de 4,75 à 4,8.

A ce moment, dans le réservoir de fermentation 2, la concentration de cellules a pu être maintenue à une valeur de 90 à 100 g/l, et la concentration en alcool a pu être maintenue à une valeur aussi élevée que 80 g/l. La concentration en saccharides restants est devenue de 3 g/l ou au-dessous.

Le taux de dilution au volume total du réservoir de fermentation dans cet essai est devenu de 0,118 h-l.

Dans ces conditions opératoires, l'opération a été possible de façon stable et continue pendant 500 heures ou davantage.

Exemple Comparatif 1
Un essai de fermentation alcoolique a été effectué à l'aide d'un réservoir seulement, qui était le réservoir de fermentation 2. Le milieu de fermentation était le même milieu de mélasse que celui qui avait été utilisé à l'Exemple 1. La concentration en saccharides était de 180 g/l, et le taux de dilution était le même que celui à la totalité du volume du réservoir de fermentation de l'Exemple 1. Les autres conditions du réservoir de fermentation étaient les mêmes que celles de l'Exemple 1.

Comme résultat, la concentration en cellules dans le réservoir de fermentation 2 a diminué progressivement jusqu'à 30 g/l et la concentration en alcool a également diminué, de sorte qu'une opération stable était impossible.

Lorsqu'une fermentation a été effectuée de façon analogue à l'aide d'un réservoir seulement, la concentration en cellules étant de 300 g/l etFle taux de dilution étant de 0,05 h-l, la concentration en saccharides restants est devenue de 100 g/l ou au-dessus et la décantation et la séparation sont devenues difficiles, de sorte qu'une opération stable a été impossible.

Exemple 2
Comme saccharides, on a utilisé une mélasse des
Philippines contenant 51,5% de saccharides fermentables. La composition du milieu de culture de fermentation était telle qu'elle contenait, comme source de substance nutritive, 2,5 g/l de sulfate d'ammonium, et, comme agent antimousse, 0,1 ml/l d'Adekanol LG 294 (marque de fabrique). La mélasse des Philippines a été diluée avec de l'eau de sorte que la teneur en saccharides pour le réservoir de propagation de cellules a pu être ajustée à 150 g/l, et la teneur en saccharides pour le réservoir de fermentation alcoolique a pu être de 400 g/l.

Les milieux de fermentation ont été stérilisés à 1200C pendant 10 minutes et ont été introduits dans les réservoirs de fermentation respectifs.

Comme microorganisme floculant, on a utilisé
Saccharomyces cerevisiae IR-2, et la fermentation éthanolique a été effectuée conformément à la Figure 2. Ce microorganisme floculant avait été préalablement développé d'une façon habituelle avant d'être introduit dans le présent procédé.

Par le conduit 4, le milieu de mélasse ayant une teneur en saccharides de 150 g/l a été introduit dans le réservoir 1 de propagation de cellules, à un débit tel que le taux de dilution était de 0,227 h-1. A ce moment, 10% du liquide dans le réservoir de propagation de cellules ont été inoculés. On a effectué l'introduction d'oxygène en faisant passer de l'air dans le réservoir de propagation des cellules ; le débit de gaz, la concentration en oxygène et la concentration en dioxyde de carbone ont fiété mesurés par l'appareil 7 de mesure du quotient respiratoire (QR), afin de trouver le QR, et la quantité de l'air passé et le nombre de tours d'agitation ont été contrôlés, de sorte que la valeur de QR a pu être de 22 à 27. L'opération a été effectuée avec la quantité de l'air passé se situant dans la plage de 0,3 à 0,5 VVM.Les pales d'agitation étaient du type hélice et le nombre de tours de rotation se situait dans la plage de 200 à 250 tpm. La température de fermentation était de 30"C et le pH a été maintenu à une valeur de 4,75 à 4,8.

A ce moment, dans le réservoir 1 de propagation cellulaire, la concentration en cellules est devenue de 90 à 100 g/l en termes du poids sec, la concentration en alcool est devenue de 64 à 65 g/l, et la concentration en saccharides restants est devenue de 0,2 g/l ou au-dessous.

Ce liquide de fermentation a été introduit dans le réservoir 3 de séparation par décantation et la totalité du liquide qui s'est écoulé hors de celui-ci a été introduite dans le réservoir de fermentation 2. A ce moment, la concentration en cellules du liquide qui s'est écoulé était de 10 g/1. La totalité des cellules séparées a été renvoyée au réservoir 1 de propagation des cellules.

Par ailleurs, le milieu de mélasse ayant une concentration en saccharides de 400 g/l a été introduit dans le réservoir de fermentation 2, le taux de dilution étant de 0,033 h-1, et, comme alimentation en oxygène, de l'air a été utilisé avec une vitesse d'introduction de 0,1
VVM. Les pales d'agitation étaient du type hélice et le nombre de tours de rotation était de 100 tpm. La température de fermentation était de 30"C et le pH a été maintenu à une valeur de 4,75 à 4,8.

A ce moment, dans le réservoir de fermentation 2, la concentration en cellules a pu être maintenue à une valeur de 70 à 90 g/l, et la concentration en alcool a pu être maintenue à une valeur aussi élevée que 87 à 90 g/l.

La concentration en saccharides restants est revenue de 3 g/l ou au-dessous.

Le taux de dilution au volume total du réservoir de fermentation dans cet essai est devenu de 0,108 h-1.

Dans ces conditions opératoires, l'opération a été possible de façon stable et continue pendant 1000 heures ou davantage.

Exemple Comparatif 2
Après l'Exemple 2, un essai de fermentation alcoolique a été effectué à l'aide d'un réservoir seulement, lequel était le réservoir de fermentation 2. Le milieu de fermentation était le même milieu de mélasse que celui utilisé à l'Exemple 1. La concentration en saccharides était de 180 g/l, et le taux de dilution était le même que celui au volume total du réservoir de fermentation de l'Exemple 1. Les autres conditions du réservoir de fermentation étaient les mêmes que celles de l'Exemple 2.

Comme résultat, la concentration en cellules dans le réservoir de fermentation 2 a diminué progressivement jusqu'à 30 g/l, et la concentration en alcool a également diminué, de sorte qu'une opération stable était impossible.

Lorsque la fermentation a été effectuée de façon analogue à l'aide d'un réservoir seulement, la concentration de cellules étant de 400 g/l et le taux de dilution étant de 0,05 h-1, la concentration en saccharides restants est devenue de 200 g/l ou au-dessus, et une décantation et une séparation sont devenues difficiles, de sorte qu'une opération stable était impossible.

Exemple Comparatif 3
L'Exemple 2 était répété, excepté que le QR a été maintenu à 1,8. Etant donné que l'activité de floculation des cellules était faible, les concentrations en cellules du réservoir de propagation de cellules de la première étape et du réservoir de fermentation alcoolique de la seconde étape n'ont pas augmenté, de sorte qu'une opération stable était impossible.

De plus, lorsque l'opération a été effectuée avec les conditions de fonctionnement changées de sorte que le
QR a pu être maintenu à 300, la concentration en cellules du réservoir 1 de propagation de cellules a été rétablie, mais, étant donné que la quantité des cellules produites était faible et que l'activité de fermentation était basse, la concentration en cellules restantes du réservoir 2 de fermentation alcoolique est devenue de 150 g/l ou audessus, de sorte qu'une opération stable a été impossible.

Il est bien entendu que les modes de réalisation ci-dessus décrits ne sont aucunement limitatifs et pourront donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1 - Procédé pour la fermentation continue de saccharides en alcool à l'aide d'un microorganisme floculant comme microorganisme de fermentation alcoolique, caractérisé par le fait qu'il comprend l'opération consistant à effectuer la production d'alcool dans au moins deux étapes ; qu'à la première étape, on utilise un réservoir (1) de propagation des cellules du type agité, équipé d'un appareil d'introduction d'oxygène et d'un appareil (3) de séparation des cellules, de sorte que les microorganismes floculants présentant une activité de fermentation sensiblement élevée, se développent en continu ; et qu'on introduit lesdits microorganismes floculants dans un réservoir de fermentation (2) de la seconde étape en vue d'une production continue d'alcool très concentré.

2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on introduit de l'oxygène dans le réservoir (1) de propagation des cellules de la première étape, à une vitesse d'introduction de 1 à 1 500 moles/m3.h.

3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on règle la température régnant dans le réservoir (1) de propagation des cellules de la première étape pour qu'elle se situe dans la plage appropriée pour la propagation des cellules, et qu'on règle la température régnant dans le réservoir de fermentation (2) de la seconde étape pour qu'elle se situe dans la plage appropriée pour la fermentation alcoolique.

4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les concentrations en cellules à la première et à la seconde étape sont maintenues chacune à 10 g/l ou au-dessus.

5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les concentrations en saccharides à introduire et les vitesses d'introduction des saccharides dans la première étape et la seconde étape, sont chacune à même de varier, d'une manière indépendante.

6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la concentration des saccharides à introduire dans le réservoir (3) de propagation des cellules est de 1 à 20% en poids.

7 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la concentration en saccharides à introduire dans le réservoir de fermentation (2 > est de 20% en poids ou au-dessus.

8 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la concentration en saccharides restants dans chacune de la première étape et de la seconde étape est de 50 g/l ou au-dessous.

9 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la concentration en saccharides restants dans le réservoir de fermentation (2) de la seconde étape est de 10 g/l ou au-dessous.

10 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la concentration en alcool du réservoir (1) de propagation des cellules de la première étape est de 70 g/l ou au-dessous.

11 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la concentration en alcool du réservoir de fermentation (2) de la seconde étape est de 70 g/l ou au-dessus.

12 - Procédé pour la fermentation en continu de saccharides en alcool à l'aide d'un microorganisme floculant en tant que microorganisme de fermentation alcoolique, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins deux étapes ; qu'à la première étape, on utilise un réservoir (1) de propagation des cellules du type agité, équipé d'un appareil (27) de mesure du quotient respiratoire, d'un appareil d'introduction d'oxygène, d'un dispositif de commande de la température, et d'un appareil (3) de séparation des cellules ; qu'on règle la quantité de propagation des cellules et le rendement de fermentation en alcool à l'aide du quotient respiratoire (QR) comme indice, de sorte que des microorganismes floculants à activité de fermentation sensiblement élevée se développent en continu, et, à la seconde étape, on introduit lesdits microorganismes floculants qui se sont développés dans un réservoir de fermentation (2) pour la production en continu d'alcool très concentré, équipé d'un appareil d'introduction d'oxygène, d'un dispositif de commande de la température, et d'un appareil (33) de séparation des cellules.

13 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait qu'on règle le quotient respiratoire au niveau du réservoir (1) de propagation des cellules de la première étape pour qu'il se situe dans la plage de 2 à 200.

14 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait qu'on règle la température régnant dans le réservoir (1) de propagation des cellules de la première étape pour qu'elle se situe dans la plage appropriée pour la propagation cellulaire, et qu'on règle la température régnant dans le réservoir de fermentation (2) de la seconde étape pour qu'elle se situe dans la plage appropriée pour la fermentation alcoolique.

15 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que les concentrations des cellules à la première et à la seconde étape sont maintenues chacune à 10 g/l ou au-dessus.

16 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que les concentrations des saccharides à introduire et les vitesses d'introduction de saccharides à la première étape et à la seconde étape sont chacune à même de varier, d'une manière indépendante.

17 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que la concentration des saccharides à introduire dans le réservoir (1) de propagation des cellules est de 1 à 20% en poids.

18 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que la concentration des saccharides à introduire dans le réservoir de fermentation (2) est de 20% en poids ou au-dessus.

19 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que la concentration des saccharides restants dans chacune de la première étape et de la seconde étape est de 50 g/l ou au-dessousZ

20 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que la concentration en saccharides restants dans le réservoir de fermentation (2) de la seconde étape est de 10 g/l ou au-dessous.

21 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que la concentration en alcool du réservoir (1) de propagation de cellules de la première étape est de 70 g/l ou au-dessous.

22 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que la concentration en alcool du réservoir de fermentation (2) de la seconde étape est de 70 g/l ou au-dessus.