CH639049A5 - Procede de fermentation de la cellulose. - Google Patents

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CH639049A5 CH568779A CH568779A CH639049A5 CH 639049 A5 CH639049 A5 CH 639049A5 CH 568779 A CH568779 A CH 568779A CH 568779 A CH568779 A CH 568779A CH 639049 A5 CH639049 A5 CH 639049A5
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Description

La présente invention concerne un procédé permettant d'améliorer la fermentation de la cellulose par des micro-organismes digérant cette cellulose.
On a étudié de manière intensive l'.effet d'additifs chimiques sur les fermentations provoquées par des micro-organismes. Par exemple, P.P. Williams et coll., «App. Microbiology», 11, 517 (1963) ont décrit la sensibilité de micro-organismes du type des bactéries et des protozoaires du rumen à un substrat insecticide; J.J. O'Connor et coll., «J. Animal Sci.», 33, 662 (1971) ont décrit l'effet in vivo d'additifs chimiques sur la production d'acides gras volatils par les micro-organismes du rumen; L.W. Varner et coll.,
«J. Animal Sci.», 33,1110 (1971) ont décrit l'influence de sels d'ammonium sur la fermentation dans le rumen de veaux; T.W. Dowe et coll., «J. Animal Sci.», 16, 93 (1957) ont décrit l'effet de maïs traité par des fongicides (N-trichlorométhylthiodelta4-tétrahydrophtal-imide) sur le comportement de veaux mis à l'engraissement.
Conformément à la présente invention, le taux de fermentation de la cellulose par des micro-organismes digérant cette dernière est accéléré en effectuant la fermentation en présence d'un composé qui répond à la formule de structure générale suivante:
0
II
\
N-S-R'
II
0
dans laquelle R' représente un radical haloalkyle ayant 1 ou 2 atomes de carbone et 1 à 5 atomes de chlore ou de brome, et le noyau carbocyclique possède de 0 à 3 sites d'insaturation oléfinique, c'est-à-dire 1,2-phénylénique, 1,2-dihydrophénylénique, 1,2-tétra-hydrophénylénique et hexahydrophénylénique (cyclohexylénique). Les composés préférés qui répondent à la formule (I) sont ceux dans lesquels R' représente un groupe chlorométhyle ou chloréthyle possédant de 1 à 5 atomes de chlore, en particulier les radicaux trichlorométhyle ou tétrachloréthyle. Les composés de la formule (I) peuvent être considérés comme étant des phtalimides, des dihy-drophtalimides, des tétrahydrophtalimides ou des hexahydrophtal-imides.
A titre d'exemples représentatifs des composés de la formule (I), on peut citer les substances suivantes:
N-trichlorométhylthiophtalimide,
N-trichlorométhylthiodelta2, delta4-dihydrophtalimide,
N-tribromométhylthiodelta1, delta3-dihydrophtalimide,
N-trichlorométhylthiodelta2-tétrahydrophtalimide,
N-trichlorométhylthiodelta4-tétrahydrophtalimide,
N-l,2,2,2-tétrachloréthylthiophtalimide,
N-l, 1,2,2-tétrachloréthylthiophtalimide,
N-l,l,2,2-tétrachloréthylthiodelta2, delta4-dihydrophtalimide,
N-pentabrométhylthiodelta4-tétrahydrophtalimide,
N-pentachloréthylthiodelta4-tétrahydrophtalimide, et
N-l,l,2,2-tétrachloréthylthiodelta4-tétrahydrophtalimide.
La quantité de composé mise en œuvre dans le processus d'application dépend en partie du type de la matière cellulosique et du ou des micro-organismes particuliers employés. En général, des rapports pondéraux de composés à la matière cellulosique qui varient d'environ 1:10 à 1:1 000 000 sont efficaces, bien que l'on préfère utiliser des rapports pondéraux des composés à la matière cellulosique qui varient d'environ 1:100 à 1:10000.
Lors de la mise en œuvre de procédés de fermentation de la cellulose in vitro, on ajoute généralement directement le composé au procédé de fermentation. Pour la digestion de la cellulose in vivo, on peut administrer le composé par la voie orale à l'animal en même temps que la nourriture cellulosique. On peut aussi prétraiter la nourriture cellulosique par une quantité efficace d'un composé avant de la donner à l'animal.
Le procédé conforme à la présente invention s'applique, de manière générale, à la fermentation in vivo ou in vitro de la cellulose par des micro-organismes. Comme exemples de fermentation in vitro de la cellulose par des micro-organismes, on peut citer la destruction aérobie et/ou anaérobie de déchets ou résidus cellulosiques dans des installations d'épuration des eaux résiduaires; la conversion de la cellulose en sucre par des micro-organismes tels que Trichoderma viride; la conversion de la cellulose en protéines monocellulaires par des micro-organismes tels que Bacteroidaceae, Cellulomonas et Alca-liginis, et la biodégradation de matières végétales lignocellulosiques. Comme exemples de fermentation in vivo par des micro-organismes, on peut citer la digestion de matières cellulosiques par les microorganismes du rumen de ruminants, par les micro-organismes du cœcum présents dans les intestins des animaux et par d'autres organismes cellulolytiques présents dans les voies digestives d'herbivores.
Le procédé suivant l'invention s'applique de manière appropriée à tous types de matières cellulosiques, comme le papier, les produits résiduaires provenant des plantes et des immondices municipales,
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
par exemple le bois, le coton, la paille, la bagasse, les enveloppes des grains de riz, etc.
Le procédé suivant la présente invention convient tout particulièrement bien à l'élévation de la vitesse de fermentation de la cellulose par les micro-organismes du rumen et à l'élévation de la vitesse de fermentation des produits résiduaires cellulosiques par des microorganismes utilisés dans les champs d'épandage ou les installations d'épuration des eaux d'égout. Les micro-organismes communément présents dans les boues d'égout d'installations de traitement des immondices ou des eaux résiduaires comprennent des bactéries anaéro-bies et aérobies telles que les suivantes: Escherichia coli, Lactobacil-lus fermentons, Acetobacter viscosus, Acinetobacter calcoaceticus, Ac-tinobacillus sp., Alcaligenes eutrophus, Brevibacterium ammoniagenes, Bacillus subtilis, Celevibrio gilvus, Pseudomonas viscosa, Cellulomo-nas sp., Bacillus polymyxa, Streptococcus haemolyticus, Cellulomonas flavigina, Colostridium thermocellum et Streptococcus sp.
Exemple 1 :
Digestion du coton par Bacteroides succinogenes
On a obtenu l'organisme Bacteroides succinogenes à l'American type culture collection, sous le numéro 19 169.
Thioglycolate bactofluide (29 g de composition/litre d'eau):
Produit de digestion pancréatique de caséine
(Bacto-Casitone) 15,0g Partie hydrosoluble de levure fraîche autolysée
(extrait de bactolevure) 5,0 g
Dextrose 5,0 g
NaCl 2,5 g
1-Cystine 0,5 g
Acide thioglycolique 0,3 ml
Gélose 0,75 g 7-Hydroxy-3H-phénoxazine-3-one-10-oxyde (Rezazurin) 0,001 g
On a déterminé le taux de digestion du coton en présence de divers composés testés dans le bouillon nutritif susmentionné avec Bacteroides succinogenes, conformément au procédé suivant.
On a introduit du coton (100 mg) dans des tubes fermés par une capsule à visser. Dans ces tubes, on a introduit le composé à tester (l|ig) et la source nutritive (20 ml) de manière à remplir complètement le tube.
On a ensuite stérilisé les tubes, on les a refroidis et on leur a inoculé le microbe (une boucle d'une aiguille d'inoculation), on a étroitement fermé leurs capsules et on les a incubés dans un bain-marie à environ 40° C.
On a agité les tubes pendant toute la durée de l'incubation et on a dévissé les capsules toutes les 2 h pendant les premières 18 h et toutes les 6 h ensuite, afin de libérer les gaz engendrés par la fermentation. Après une durée d'incubation de 70 h, la plupart des processus de fermentation s'étaient arrêtés, comme on a pu le noter par l'arrêt de l'accumulation de gaz.
Après diverses périodes d'incubation, on a vidé les tubes sur un papier-filtre préalablement pesé. On a lavé le papier-filtre à plusieurs reprises et on l'a séché jusqu'à poids constant. On a déterminé le poids du coton non digéré par différence.
Tableau I
Digestion du coton (mg)
Durée (h)
Composé testé
Témoin
A
B
10
0
0
0
20
0,5
1,3
1,0
30
1,5
4,0
3,0
40
3,5
17,0
11,0
50
16,0
30,0
23,0
639 049
Tableau I (suite)
Durée (h)
Digestion du coton (mg)
Témoin
Composé testé A
B
60 70
A = N-trichloi B = N-1,1,2,2-
30,0 37,5
ométhylthiodelta tétrachloréthylth
40,0 44,0
4-tétrahydrophta odelta4-tétrahyd
35,0 42,0 limide. "ophtalimide.
Exemple 2:
Digestion du coton par Bacteroides succinogenes
On a déterminé le taux de digestion du coton par Bacteroides succinogenes en présence de plusieurs composés d'essai, selon un procédé similaire à celui décrit dans l'exemple 1, sauf que la période d'incubation était de 8d et que l'on n'a pas agité les tubes. Les composés d'essai et les résultats obtenus apparaissent dans le tableau II.
Tableau 11
Concentration (Hg)
Total de cellulose digérée (mg)
A
Composé testé B
C
0 (témoin)
1
100 400
A et B = comn C = N-trichlor
80
115,0 142,5 135,0 le dans le tableau ométhylthiophta
90
112,0 115,0 117,5
I.
imide.
105 122,5 132,5 137,5
Exemple 3:
Digestion de cellulose végétale par Bacteroides succinogenes
On a fait digérer la matière lignocellulosique de plantes fourragères herbacées par Bacteroides succinogenes dans un milieu purifié, en présence de N-trichloromêthylthiodelta4-tétrahydrophtalimide (Captan), en une concentration de 10 |ig/ml, selon un procédé identique à celui décrit à l'exemple 1.
Les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau III.
Tableau III
Digestion de la cellulose (%)
Durée
d'incubation (h)
Traitement
Temom
Captan
9
1,5
2,0
12
2,0
3,0
15
3,0
7,5
18
7,5
20,0
21
21,0
38,0
24
32,5
44,0
48
37,5
45,0
Cet exemple illustre la séparation in vitro de la cellulose de matière lignocellulosique par biodégradation de la cellulose.
Exemple 4:
Digestion du coton par Ruminococcus albus
On a obtenu Ruminococcus albus à l'American type culture collection. On l'a cultivé sur un milieu constitué d'un bouillon à Pseudomonas qui contenait les ingrédients suivants (par litre d'eau distillée):
3
s
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
639 049
4
Acide nitrilotriacétique 1,91g
K2HP04 8,71 g
Na,S04 0,57 g
MgS04 0,25 g
FeS04 0,5 mg
Ca(N03)2 0,5 mg
Gélose 1 g
On a ajouté environ 20 ml du milieu précité et 0,1 g de coton à chacun des 48 tubes fermant à l'aide d'une capsule à visser et on les a stérilisés ensuite. On a ensuite inoculé une boucle du microbe à chaque tube. A la moitié des tubes on a ajouté une quantité suffisante de N-trichlorométhylthiodelta4-tétrahydrophtalimide (Captan) pour obtenir une concentration de 10 [ig/ml. On a ensuite fermé les tubes hermétiquement et on les a incubés dans un bain-marie pendant 70 h à 40" C. Au bout de la période d'incubation, on a déterminé le poids du coton non digéré.
Les tubes traités au Captan (moyenne de 24) ont donné une digestion de coton de 22,7%. Les tubes témoins (moyenne de 24) ont donné une digestion de coton de 16,6%.
Exemple 5:
Digestion du coton par Bacteroides succinogenes dans le suc du rumen
On a déterminé le taux de digestion du coton en présence de N-trichlorométhylthiodelta4-tétrahydrophtalimide dans du suc de rumen stérilisé par Bacteroides succinogenes, selon un procédé identique à celui décrit à l'exemple 1. Après une incubation de 70 h, le pourcentage de digestion du coton était de 49,3%. Lors de la mise en œuvre d'un essai avec témoin non traité, le pourcentage de digestion du coton était de 39,3%.
Exemple 6:
Etude par alimentation de lapin
On a apparié des lapins selon le sexe. Un lapin de chaque paire a reçu une ration de base et de l'eau ad libitum. L'autre lapin a reçu la même ration de base, sauf que l'on a également administré au lapin 1 mg de N-trichlorométhylthiodelta4-tétrahydrophtalimide (Captan) par 100 mg de poids corporel. Pendant une période de 5 semaines, on a déterminé l'état général, la consommation quotidienne de nourriture et d'eau ainsi que le gain de poids corporel hebdomadaire des lapins. Le poids corporel initial, le gain de poids, la nourriture consommée et la nourriture consommée par gramme de gain de poids sont rassemblés dans les tableaux IVa à IVd.
Tableau IVa
Poids corporels initiaux
Paires
Témoin (g)
Captan (g)
1
1713
1572
2
1294
1507
3
1233
1787
4
1497
1527
5
1083
1168
Total
6820
7561
Moyenne
1564
1512
Tableau IVb
Gain de poids corporel
Paires
Témoin (g)
Captan (g)
1
1120
1632
2
481
1226
3
361
1025
4
1019
1068
Tableau IVb (suite)
Paires
Gain de poids corporel
Témoin (g)
Captan (g)
5
1280
1239
Total
4201
6173
Moyenne
840,2
1234
Tableau IVc
Nourriture consommée
Paires
Témoin (g)
Captan (g)
1
6252
7163
2
4959
7030
3
5032
5248
4
6973
7144
5
6970
7432
Total
30246
36024
Moyenne
6049,2
7204,8
Tableau IVd
Nourriture consommée/gramme de gain
Paires
Témoin (g)
Captan (g)
1
5,58
4,38
2
10,31
5,73
3
14,11
7,80
4
6,84
6,74
5
5,71
6,05
Total
42,55
30,70
Moyenne
8,51
6,14
Exemple 7:
Digestion du coton par des bactéries d'égout
On a déterminé le taux de digestion du coton en présence de N-trichlorométhylthiodelta4-tétrahydrophtalimide dans un bouillon nutritif à base de thioglycolate bactofluide par des bactéries d'égout anaérobies conformément au procédé suivant.
On a préparé un bouillon nutritif en reconstituant un mélange de thioglycolate fluide (même composition que celle décrite à l'exemple 1) avec de l'eau surnageante obtenue à partir d'un mélange d'eau distillée (70%) et d'eau d'égout brute (30%) prélevée d'un réservoir de digestion des boues d'une installation de traitement des eaux résiduaires du commerce. On a introduit 20 ml de la solution du bouillon nutritif contenant 10 ng du composé à tester et 100 mg de coton dans des tubes fermés à l'aide d'une capsule à visser (24 tubes). On a inoculé des bactéries d'égout aux tubes en ajoutant à chaque tube 0,5 ml de boue d'égout brute provenant de l'installation de traitement des eaux résiduaires.
On a fermé les tubes et on les a introduits dans un appareil de secouage, le bain d'eau étant maintenu à 35° C. On a dévissé les capsules toutes les 2 h pendant les 6 premières heures d'incubation et périodiquement ensuite à des intervalles d'environ 6 h afin de libérer les gaz accumulés au cours de la fermentation.
Après 48 h d'incubation, on a vidé les tubes sur du papier-filtre préalablement pesé. On a lavé le papier-filtre à plusieurs reprises et on l'a séché jusqu'à poids constant. On a déterminé le poids du coton non digéré par différence.
On a effectué l'expérience (24 tubes) avec 6 échantillons différents de bactéries d'égout ou d'eaux résiduaires, recueillis toutes les
5
10
1S
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
5
639 049
deux semaines à l'installation de traitement des eaux d'égout ou rési- tableau V. Le taux de fermentation avait augmenté d'une moyenne duaires. Les résultats des six expériences sont rassemblés dans le de 60% en présence du composé soumis à l'essai.
Tableau V
Fermentation de la cellulose par des bactéries d'égout
Quantité du composé testé
1
2
3
4
5
6
Moyenne
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
0
55,0
52,6
59,6
56,3
57,6
55,1
55,6
10 ng
94,3
94,3
97,1
89,3
95,4
96,3
94,4
R

Claims (10)

639 049
1. Procédé pour accroître le taux de fermentation de la cellulose par des micro-organismes digérant la cellulose, caractérisé en ce que l'on réalise la fermentation en présence d'une quantité accélératrice du taux de fermentation d'un composé répondant à la formule suivante: Q
il il
0
dans laquelle R' représente un groupe haloalkyle ayant 1 ou 2 atomes de carbone et 1 à 5 atomes de chlore ou de brome, et le noyau carbocyclique possède de 0 à 3 sites d'insaturation oléfinique.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue la fermentation in vitro.
2
REVENDICATIONS
3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la cellulose provient de produits cellulosiques résiduaires.
4. Procédé suivant l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les micro-organismes sont des bactéries d'eaux d'égout,
d'eaux résiduaires ou d'immondices.
5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la cellulose provient d'une nourriture animale cellulosique.
6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les micro-organismes sont des bactéries du rumen.
7. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on administre le composé par la voie buccale à des ruminants, en vue de provoquer la digestion de la cellulose dans le rumen des animaux en question.
8. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que R' représente un groupe trichlorométhyle ou tétra-chloréthyle.
9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le composé est le N-trichlorométhylthiodelta4-tétrahydrophtalimide ou le N-trichlorométhylthiophtalimide.
10. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le composé est le N-l,l,2,2-tétrachloréthylthiodelta4-tétrahydrophtal-imide ou le N-l,l,2,2-tétrachloréthylthiophtalimide.
CH568779A 1978-06-19 1979-06-18 Procede de fermentation de la cellulose. CH639049A5 (fr)

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US05/916,435 US4209590A (en) 1978-06-19 1978-06-19 Cellulose fermentation process

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