FR2474527A1 - Procede de production de l'ethanol a partir de substances contenant un hydrate de carbone et utilisation de cet ethanol comme combustible - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE LA PRODUCTION DE L'ETHANOL PAR FERMENTATION D'UNE SUBSTANCE CONTENANT UN SUCRE OU D'UNE SUBSTANCE CONTENANT DE L'AMIDON. CONFORMEMENT AU PROCEDE DE L'INVENTION, ON REDUIT LA MATIERE PREMIERE 1 EN UNE PATE 3 NE CONTENANT PRATIQUEMENT PAS DE LIQUIDE LIBRE, ON SOUMET CETTE PATE A UNE FERMENTATION EN 4 EN AJOUTANT DE LA LEVURE EN 7 ET ON EXTRAIT DE L'ETHANOL DE LA PATE FERMENTEE, APRES SEPARATION DES FIBRES ET DE LA LEVURE; LA LEVURE SEPAREE EST RECYCLEE. ON SACCHARIFIE ET ON CHAUFFE EVENTUELLEMENT LA PATE POUR TRANSFORMER EN SUCRES LES HYDRATES DE CARBONE DE LA MATIERE PREMIERE NON CONSTITUES PAR DES SUCRES. L'ETHANOL AINSI OBTENU EST UTILISABLE COMME COMBUSTIBLE, EN PARTICULIER SOUS LA FORME D'UN MELANGE ESSENCE-ETHANOL POUR MOTEURS DE VEHICULES A MOTEURS.

Description

La présente invention concerne la production

d'éthanol, en particulier d'éthanol destiné à être utili-

sé comme combustible, par fermentation d'une substance con-

tenant un sucre-ou d'une substance contenant de l'amidon ou encore d'une substance contenant simultanément ces deux constituants.Elle concerne en particulier la production d'éthaxiol comme combustible, avec un rendement élevé,par un procédé qui est économique à une beaucoup plus petite échelle que la techi-r nologie actuelle et qui nécessite seulement l'utilisation

d'un appareillage simple et relativement peu coûteux.

On accorde depuis peu une attention toute parti-

culière à l'utilisation de l'ethanol, spécialement lorsqu'il est mélangé à de l'essence, comme combustible des moteurs à combustion interne des véhicules à moteurs. La conversion du sucre en éthanol par fermentation au moyen d'une levure est bien connue et de nombreuses substances contenant du sucre ont fait l'objet de recherches en vue d'être utilisées dans ce procédé de production de l'éthanol. En général, ces procédés sont basés sur la production initiale d'un liquide à base de sucre et sur la fermentation subséquente

de celui-ci par une levure, en phase liquide.

Les betteraves à sucre constituent une source bien connue et largement utilisée de sucresen particulier de saccharose et, dans un procédé connu d'extraction du sucre à partir de celles-ci, les betteraves sont découpées en longues tranches ou bandes fines, appelées cassettes, avant d'en extraire le sucre par un procédé de diffusion. Les

cossettes sont ensuite amenées à un diffuseur incliné con-

tinu à travers lequel elles sont entraînées de bas en haut.

De l'eau chaude est amenée à l'extrémité supérieure du

diffuseur, s'écoule vers le bas, à contre-courant des cos-

settes,et quitte l'extrémité inférieure du diffuseur sous

la forme d'un liquide contenant du sucre.

Dans le cas de la production de l'éthanol à par-

tir de substances contenant de l'amidon, le procédé normal utilisant les céréales contenant de l'amidon est de broyer et de cuire la substance amylacée pour gélatiniser l'amidon, de liquifier et hydrolyser l'amidon en sucres avec du malt, des champignons ou des enzymes et de fermenter ensuite les sucres en alcool selon un processus de fermentation, en

phase liquide, au moyen d'une levure.

Un des buts de la présente invention est de fournir un procédé amélioré selon lequel de l'éthanol, en particulier de l'éthanol utilisable comme combustible, peut être produit avec un rendement élevé à partir d'une substance contenant un sucre, en particulier à partir de

la betterave à sucre, de la canne à sucre, de la bettera-

ve fourragère ou champêtre, ou analogue, sans nécessi-

ter l'extraction préalable du sucre contenu dans la subs-

tance à base de sucre. Il est bien évident que s'il n'est

plus nécessaire de soumettre ladite substance à une extrac-

tion préalable, le procédé global de la production de

l'éthanol peut être simplifié et rendu plus économique.

Un autre but de la présente invention est de pouvoir disposer d'un procédé amélioré pour la production de l'éthanol, en particulier de l'éthanol utilisable comme combustible, à partir de produits agricoles contenant de l'amidon, comme les légumes et les graines céréalières, par exemple les pommes de terre, le manioc ou cassave, le blé, l'orge,le mais, le triticale(hybride blé-seigle),le sorgho, ou les déchets végétaux ou analogues,sans nécessiter une cuisson

préalable de la substance contenant l'amidon ou une conver-

sion, réalisée à part, de l'amidon en sucre avant la fer-

mentation du sucre, ou encore une extraction préalable du

sucre produit par l'amidon.

Le procédé de la présente invention pour la pro-

duction de l'éthanol par fermentation d'une substance con-

tenant un hydrate de carbone est caractérisé en ce qu'il consiste: (a) à broyer ou réduire en bouillie cette substance à base d'hydrate de carbone pour obtenir une pâte ne contenant pratiquement pas de liquide libre,qui est constituée de particules de cette substance ayant des diamètres allant jusqu'à environ 10 mm; (b) à saccharifier,lorsque cela est nécessaire et, si on le souhaite, à chauffer cette pâte pour transformer les hydrates de carbone de cette substance non constitués par des sucres en sucres; (c) à mélanger une suspension de levure à cette pâte

(simultanément à ou à la suite de la saccharification préci-

tée, si celle-ci est mise en oeuvre) et à maintenir le mélan-

ge dans des conditions de fermentation pour permettre à la- dite levure de convertir les sucres de cette pâte en éthanol; et

(d) à extraire l'éthanol de cette pâte fermentée.

Un premier mode de réalisation du procédé de la présente invention, applicable à la production de l'éthanol

par fermentation d'une substance contenant un sucre,consis-

te: (a) à broyer ou réduire en bouillie cette substance à base de sucre pour produire une pâte ne contenant pratiquement pas de liquide libre et constituée

de particules de cette substance de diamètres al-

lant jusqu'à environ 10 mnm; (b) à mélanger une suspension de levure à cette pâte; (c) à maintenir le mélange obtenu dans des conditions de fermentation pour permettre à ladite levure de convertir le sucre desdites particules en éthanol et

(d) à extraire l'éthanol de cette pâte fermentée.

Un second mode de réalisation du procédé de la présente invention, applicable à la production de l'éthanol

par fermentation d'une substance contenant de l'amidon,con-

siste (a) à broyer ou réduire en bouillie cette substance à base d'amidon pour produire une pâte ne contenant pratiquement pas de liquide libre et constitutée de particules de cette substance ayant des diamètres allant jusqu'à environ 10 mm;

(b) à saccharifier et, si on le désire, à chauffer cet-

te pâte pour convertir l'amidon de la substance pré-

citée en sucres; (c) à mélanger une suspension de levure à cette pâte,

simultanément à ou à la suite de cette saccharifi-

cation, et à maintenir le mélange obtenu dans des conditions de fermentation pour permettre à ladite -4- levure de convertir les sucres de cette pâte en éthanol; et

(d) à extraire l'éthanol de cette pâte fermentée.

De préférence, dans ces deux modes de réalisation de l'invention, l'éthanol est extrait de la pâte fermentée en pressant ou comprimant celle-ci pour en extraire un jus contenant l'éthanol. Ce jus contient aussi la plus grande partie dé la levure provenant de la pâte fermentée, en

même temps que quelques fines fibres de la substance conte-

nant le sucre ou de la substance contenant l'amidon. La le-

vure et les fibres peuvent être séparées du jus par des mé-

thodes connues comme la filtration ou de préférence la centrifugation et elles peuvent être ensuite recyclées

dans l'étape de fermentation si on le désire. On doit remar-

quer que, à ce stade, le recyclage, dans l'étape de fermen-

tation, des fines fibres récupérées avec la levure ne sou-

lève aucun problème puisque le volume des fibres est fai-

ble et qu'il atteint une valeur d'équilibre en une durée

plutôt courte.

Le second mode de réalisation de la présente inven-

tion, qui concerne l'utilisation d'une substance conte-

nant de l'amidon, comprend essentiellement un développement

du procédé selon le premier mode de réalisation de cette in-

vention, concernant l'utilisation d'une substance à base de sucre comme matière première, ce développement consistant en l'étape additionnelledesaccharification ou d'hydrolyse

de l'amidon de la substance amylacée en sucres avant ou si-

multanément à la fermentation. La saccharification ou l'hy-

drolyse peut être effectuée par tout processus connu, par

exemple par hydrolyse acide; cependant, elle est de pré-

férence effectuée par voie enzymatique, en particulier par

addition d'amylase. Si on le désire, la vitesse de-saccha-

rification de l'amidon peut être augmentée en chauffant la

pâte pendant cette étape du procédé.

La saccharification ou l'hydrolyse de l'amidon en sucres par voie chimique ou enzymatique est évidemment

bien connue et une description plus détaillée de cette

étape est considérée ici comme non nécessaire. Comme indi-

-5- qué plus haut, la saccharification de la substance à base

d'amidon peut être effectuée avant la fermentation des su-

cres par la levure. Cependant, la saccharification et la fermentation simultanées de la substance amylacée présente des avantages spécifiques du point de vue de la simplifi-

cation de latechnologie du procédé. En outre, la réalisa-

tion simultanée de ces étapes peut être avantageuse par le fait que la fermentation des sucres, au fur et à mesure de leur production, peut favoriser une saccharification

plus complète de l'amidon.

Selon un aspect important de la présente invention,

la substance à base de sucre ou la substance à base d'ami-

don ou la substance contenant,à la fois du sucre et de l'a-

midon peut être broyée ou réduite en bouillie pour donner de petites particules dont les diamètres vont jusqu'à environ

mm; cependant la forme précise et l'épaisseur des par-

ticules ne sont pas essentielles pour cette invention. Lors-

que la substance contenant du sucre est la betterave à sucre

ou la betterave fourragèreil est préférable que les parti-

cules aient un diamètre allant jusqu'à environ 5 mm; cepen-

dant, les dimensions de particules peuvent varier, comme dé-

siré, pour d'autres substances contenant du sucre et tout appareillage convenable de broyage ou de déchiquetage peut être utilisé pour mettre cette substance à base de sucre

sous forme de pâte.

Puisque la pâte ne contient pas de liquide libre

ou qu'elle en contient peu, elle est généralement très con-

sistante et ne peut pas couler librement d'elle-même. Néan-

moins, on a trouvé, dans le cadre de la présente invention, qu'elle peut être ajoutée directement dans un fermenteur

afin d'effectuer une fermentation en "phase solide" de cet-

te pâte. L'expression fermentation en "phase solide", telle qu'elle est utilisée dans le présent mémoire descriptif, désigne généralement une attaque microbienne, habituellement par des champignons, des particules solides humides. Cette

expression est utilisée pour le procédé de la présente in-

vention puisque celui-ci implique la fermentation des parti-

cules solides humides sans addition de liquide supplémen-

taire (le seul liquide présent correspondant à la très fai-

-6

ble quantité existant dans la suspension d'acide et de le-

vure). On a trouvé que la levure de boulanger pouvait fer-

menter les sucres des produits agricoles contenant du su-

cre et mis sous forme de pâte, sans nécessiter une extrac-

tion préalable du sucre ou l'agitation de la pâte. De plus, la fermentation en phase solide se produit plus rapidement qu'en phase liquide et le rendement en éthanol est à peu

près le même.

De préférence, afin d'obtenir des conditions con-

venables pour la fermentation de la pâte, un acide tel que l'acide sulfurique ou une base peut être ajouté à la pâte

pour régler le pH à une valeur d'environ 4-à 6. De préfé-

rence, le pH est ajusté à environ 4,5 dans le cas o le

procédé de l'invention utilise une substance initiale con-

tenant du sucre. Il n'est pas nécessaire de procéder à une

stérilisation préalable de la pâte brute.

Comme indiqué plus haut, on ajoute une suspension

de levure à la pâte et la suspension peut par exemple conte-

nir jusqu'à 20 % en poids de levure, de préférence environ 10 %. De préférence, on ajoute à la pâte 10 g de levure (poids

sec) par kg de pâte humide. La levure utilisée pour la pro-

duction d'éthanol combustible par ce procédé est typiquement la souche Saccharomyces cere'vis-iae sous la forme de levure

de boulanger sèche active ou levure comprimée. On doit re-

marquer que les souches de levure qui tolèrent très bien l'alcool ou les souches de levure résistantes à la chaleur

peuvent être utilisées. La proportion de suspension de le-

vure ajoutée à la pâte dépend de la vitesse de fermentation et peut être réglée si on le désire. On peut aussi ajouter au mélange des substances nutritives pour la croissance de

la levure, mais il s'est cependant révélé que, dans de nom-

breux cas, cette addition n'était pas nécessaire. En outre, des enzymes, telles que les pectinases ou les cellulases pour hydrolyser respectivement la pectine et la cellulose,

peuvent être ajoutées à la pâte, si on le désire. La sus-

pension de levure est ensuite bien mélangée à la pâte et à toutes autres substances ajoutées dans le fermenteur et

le mélange est maintenu dans des conditions de fermentation.

De préférence, ces conditions de fermentation impliquent -7-

une température d'environ 250 à 500 C afin que ladite fer-

mentation se produise rapidement. Quoique l'eau contenue dans la suspension de levure se trouve ajoutée à la pâte, on a constaté que cette eau est absorbée par ladite pâte et qu'elle ne reste pas dans le mélange sous forme de li-

quide libre.

A l'échelle industrielle, le mélange de la pâte et de la suspension de levure dans le fermenteur ainsi que

le chauffage dudit mélange (ou son refroidissement si néces-

saire) sont obtenus au mieux en faisant circuler la pâte à travers un échangeur de chaleur externe au moyen d'une

pompe appropriée. Pendant toute la fermentation, le conte-

nu du fermenteur reste pratiquement solide et ne peut, à aucun stade, s'écouler librement de lui-même. Néanmoins, les dimensions de particules de la pâte sont suffisamment

faibles pour permettre de la pomper facilement.

Lorsque la fermentation est terminée, la pâte

fermentée est traitée pour en extraire l'éthanol. Conformé-

ment à un processus utilisable dans la pratique pour cette extraction de l'éthanol, la pâte fermentée est pompée dans un séparateur de fibres o le jus alcoolisé est exprimé de la pâte. On a par exemple trouvé que l'utilisation de

deux étapes de compression par rouleaux, avec un lavage in-

termédiaire au moyen d'une faible quantité d'eau, peut en-

lever environ 95 % de l'éthanol de la pâte fermentée. A titre de comparaison, la mise en oeuvre du même traitement sur la pâte brute, avant fermentation, se révèle enlever

seulement environ 65 % du sucre de la pâte brute.

Comme indiqué ci-dessus, le jus alcoolisé obtenu par pressage de la pâte fermentée se révèle contenir la presque totalité de la levure, en même temps que quelques fines fibres. La levure et les fibres peuvent être toutes deux récupérées par centrifugation du jus et la levure ainsi récupérée peut être recyclée dans le fermenteur, en même temps qu'un peu de levure fraîche. La liqueur obtenue après centrifugation du jus alcoolisé peut être distillée dans une colonne de fractionnement pour obtenir, de la manière usuelle, l'azéotrope à 95 % d'éthanol. Puisqu'une très faible quantité d'eau a été ajoutée pendant tout le procédé de la présente invention, si tant est qu'on en ait ajouté, et que la liqueur distillée dans la colonne de fractionnement est exempte de solides en suspension en raison de l'étape préalable de centrifugation, le volume et la DBO (demande biologique en oxygène) de la liqueur résiduaire ou des résidus de la colonne de distillation sont relativement faibles, la quantité d'effluent est réduite et les problèmes de protection de l'environnement

sont limités.

Le schéma ci-joint illustre, à titre d'exemple,

les étàpes d'un procédé conforme à la présente invention.

Ce procédé est également illustré par les exemples ci-

après, donnés à titre non limitatif.

EXEMPLE 1

Effet des dimensions de particules et de la concentration en levure La betterave à sucre est mise sous forme de pâte dans un défibreur. Bauer; on prépare deux sortes de pâtes, l'une ayant des dimensions de particules d'environ 3 mm (dénommée ci-après pâte "grossière") et l'autre ayant des dimensions de particules d'environ 0,5 mm (dénommée ci-après pâte "fine"). La teneur en matière sèche est de 28,9 % dans la pâte grossière et de 30, 8 % dans la pâte fine. Ces deux pâtes sont acidifiées avec un peu d'acide sulfurique dilué pour abaisser le pH depuis la valeur habituelle de

6,4 jusqu'à environ 4,5, valeur optimale pour la fermenta-

tion en alcool. Pour cette expérimentation, on n'ajoute pas

de substances nutritives ou d'enzymes.

On pèse des échantillons de 50 g de la pâte gros-

sière (17,0 % de saccharose) et de la pâte fine (18,9 % de

saccharose) dans des flacons Erlenmeyer et on mélange inti-

mement à chaque échantillon divers volumes de suspension de

levure (levure de boulanger sèche active ou levure compri-

mée ajustée à 40 g/litre dans l'eau distillée), de façon à obtenir des concentrations finales de levure de 3,6 et 9g/

litre. On adapte ensuite un bouchon-et une soupape d'éva-

cuation de gaz sur les flacons, on les pèse et on incube à - 9 -

300 C pendant une durée totale de 29 heures, lesdits fla-

cons étant pesés périodiquement pour déterminer la perte de poids due au dégagement de gaz carbonique produit par la fermentation. Les résultats montrent que la fermentation est terminée en 38 heures avec 3 g de levure par litre, en 24 heures avec 6 g de levure par litre et en 16 heures avec 9 g de levure par litre. L'utilisation de levure sèche ou de levure comprimée n'introduit pas de différence sensible quant à la vitesse de fermentation, mais une suspension de levure davantage diluée facilite son mélange intime avec la

pâte. L'eau contenue dans la suspension de levure est faci-

lement absorbée par la pâte, de sorte qu'il n'y a pas de

modification de sa consistance et qu'on n'observe pas de sé-

paration de liquide libre au cours de la fermentation.

Les pâtes fermentées sont distillées sous vide et

la teneur en éthanol est mesurée par chromatographie en pha-

se gazeuse. On trouve que, dans le cas d'une concentration

en levure de 6 g/litre, la quantité d'alcool obtenu par échan-

tillon est de 4,2 g (91 - 92 % du rendement théorique) avec la pâte grossière et de 4,0 - 4,3 g (79 - 85 %) avec la

pâte fine. On observe certaines variations dans les résul-

tats, en raison de la petitesse des échantillons, mais il est clair que la pâte grossière n'est pas plus mauvaise que la pâte fine, en dépit du manque de fluidité et du mélange

des solides de la pâte après le début de la fermentation.

EXEMPLE 2

On acidifie 1 kg de pâte grossière de betterave à sucre au moyen d'acide sulfurique dilué pour abaisser le pH à 4,5. On n'ajoute pas non plus de substances nutritives ou d'enzymes. On ajoute ensuite 9 g (poids sec) de levure dans ml d'eau, à 955 g de pâte (22,59 % de solide et 8,92 % de saccharose) et on mélange bien, l'eau étant absorbée par la pâte de façon à ce qu'il ne reste pratiquement pas de liquide libre dans le mélange. On soumet le mélange à la fermentation dans un flacon Erlenneyer de 2 litres muni

d'un condenseur d'eau et on mesure le volume de gaz carbo-

nique dégagé au moyen d'un débitmètre d'essai pour gaz,

- 10 -

en milieu humide (35,1 litres mesurés). Pour vérifier la me-

sure des volumes gazeux, on mesure périodiquement, sur une durée totale de 20 heures, la perte de poids du contenu du

flacon. Pour un poids initial de 1 094,1 g, la perte pen-

dant la fermentation est de 72,4 g, ce qui laisse 1 021,7 g de pâte fermentée. On prélève un échantillon de 50,8 g pour

déterminer la teneur en alcool par distillation et on pres-

se un échantillon de 933,4 g entre des rouleaux d'acier re-

couvert de caoutchouc, sous pression élevée, de façon à

exprimer le jus alcoolisé. Dans le cas de l'échantillon men-

tionné en dernier lieu, on recueille 451,4 g de jus et 448,7 g de fibres. On arrose ensuite les fibres pressées avec 157,9 g d'eau et on les presse à nouveau pour obtenir encore un peu de liqueur. On recueille ainsi 168,0 g de liqueur et 417,4 g de fibres. Puisque cette expérimentation est conduite à petite échelle, il se produit inévitablement une perte d'un peu de substance (environ 3,5 % à chaque pressage). L'analyse des liqueurs de chaque pressage révèle que la première liqueur contient 27,0 g d'éthanol, 0,125 g de levure et 0,017 g de fibres (particules fines seulement) et que la seconde liqueur contient 5,9 g d'éthanol, 0,075 g de levure et 0,010 g de fibres. Ces résultats correspondent à une récupération globale de 95 % pour l'alcool et de % pour la levure, à partir de la pâte fermentée, pour l'ensemble des deux pressages. Un pressage additionnel

augmente la récupération globale de levure jusqu'à 95 %.

EXEMPLE 3

Des tiges fraîches de sorgho à sucre (ou sorgho sucré) sont coupées en petits morceaux d'environ 1 cm de long et broyées pour obtenir une pâte grossière. Cette pâte est acidifiée avec de l'acide sulfurique dilué pour

abaisser le pH à 4,5; on n'ajoute pas de substances nu-

tritives ou d'enzymes. Puis 9 g (poids sec) de levure

dans 90 ml d'eau sont ajoutés à 1 000 g de la pâte acidi-

fiée (22,97 % de solides; 7,99 % de saccharose) et l'en-

semble est bien mélangé, l'eau étant absorbée par la pâte de façon à ce qu'il n'y ait pratiquement pas de liquide libre dans le mélange. On laisse fermenter ce mélange dans un récipient de 2 litres équipé d'un condenseur d'eau et

- il -

d'un piège à glace carbonique. Le volume de gaz carbonique

dégagé est mesuré avec un débitmètre d'essai pour gaz en mi-

lieu humide (résultat de la mesure: 16,29 litres). Pour

vérifier cette mesure des volumes gazeux, on évalue pério-

diquement, sur une durée totale de 24 heures, la perte de poids du contenu du récipient. Le poids initial étant de 1 093,6 g, la perte ide poids pendant la fermentation est de 47,3 g, ce qui laisse 1 046 g de pâte fermentée. De

petits échantillons sont prélevés pour déterminer la te-

neur en saccharose (résultat de la mesure: 0,09 %), en éthanol (résultat de la mesure: 3,68 % en poids/poids) et en matières sèches (résultat de la mesure 13,47 %) et un échantillon de 700 g est pressé entre des rouleaux d'acier recouverts de caoutchouc, sous pression élevée, de

façon à exprimer le jus alcoolisé. A partir de cet échan-

tillon plus important, on recueille 486,6 g de jus et ,1 g de fibres. On arrose ensuite les fibres pressées

avec 140,0 g d'eau et on les presse à nouveau pour récu-

pérer une quantité additionnelle de liqueur (141,7 g).

Les liqueurs provenant des deux opérations de pressage sont analysées: on trouve que la première liqueur contient 22,4 g d'éthanol et que la seconde en contient 2,3 g. Ces résultats correspondent à une récupération globale de

l'éthanol, pour les deux pressages, de 95,7 %.

L'éthanol (sous la forme d'un azéotrope à 95 %)

et un mélange de levure/fibres fines sont extraits des li-

queurs par centrifugation et distillation, comme décrit plus haut. D'une manière générale, le procédé de la présente invention se révèle impliquer une fermentation rapide et

efficace, de façon inattendue, d'une substance conte-

nant un sucre, en "phase solide" (c'est-à-dire en l'absence de toute quantité notable de liquide libre), ce procédé étant - en outre caractérisé par une extraction très efficace de

l'éthanol et de la levure, à partir de la pâte, après fer-

mentation. Ces facteurs permettent une production beaucoup plus économique d'éthanol utilisable comme combustible, de telle sorte que le procédé devient économique à une échelle

- 12 -

beaucoup plus faible que dans le cas de la technologie exis-

tante. De plus., puisque l'essentiel de l'appareillage né-

cessaire pour la mise en oeuvre du procédé est plutôt simple et peu encombrant, cet appareillage peut être installé dans un atelier d'ingéniérie modeste et est moins coûteux, d'une manière inhérente, que l'appareillage nécessaire aux

procédés' connus de production de l'éthanol.

Si l'on considère maintenant le cas de l'utilisa-

tion d'une matière première amylacée, on trouve que, au lieu de cuire celle-ci pour former une bouillie ou trempe comme il est de pratique usuelle dans toutes les brasseries et

distilleries, les enzymes immobilisées et la levure peu-

vent être ajoutées à la matière première broyée, ce qui

permet à la fermentation en éthanol de se dérouler simul-

tanément à l'hydrolyse de l'amidon à faible température

(par exemple 25 - 50 C). L'amylase utilisée pour la con-

version des substances à base d'amidon nécessite un pH simi-

laire à celui requis pour la fermentation à l'aide de le-

vure. Le pH peut être réglé à la valeur optimale par addi-

tion de base ou bien d'acide. La liqueur alcoolisée peut être ensuite exprimée des résidus solides par pressage et

* - les enzymes immobilisées et la levure peuvent être recy-

clées..L'éthanol est extrait de la manière habituelle par

distillation de la liqueur alcoolisée.

L'immobilisation des enzymes sur de petites par-

ticules solides afin qu'elles puissent être récupérées en même temps que la levure apporte un avantage additionnel qui consiste en ce qu'aucune modification importante n'est nécessaire au procédé ou appareil mis en oeuvre pour les matières premières à base de sucre. En particulier, il

n'est pas nécessaire d'effectuer de distillation sous vide.

L'exemple ci-après illustre la conversion de

substances amylacées en éthanol.

EXEMLLE 4

A 49,87 g de manioc broyé, on ajoute 0,2 % en poids/poids de chacune de trois enzymes (une cellulase, une amylase fongique et une amyloglucosidase) et 0,9 % en poids/poids de levure de boulanger (matières sèches)

- - 13 -

et on mélange bien dans un petit ballon. On adapte un con-

denseur au ballon et on incube en portant le ballon au bain-marie à 30 C. On pèse périodiquement le ballon pour déterminer la quantité de gaz carbonique produite. Après incubation pendant 19 heures, on constate une perte de poids de 3,52 g; puisque le manioc contenait 28 % d'amidon,

cette perte de poids correspond à un rendement de fermen-

tation de 46,3 %. Etant donné que cette expérimentation

est réalisée à petite échelle, le résidu n'est pas pressé.

On doit remarquer que la concentration effective

en alcool n'a pas été déterminée dans cet exemple particu-

lier. Des expérimentations à plus grande échelle nécessi-

tent l'optimisation de certaines conditions, notamment l'u-

tilisation d'enzymes spéciales présentant une activité plus puissante vis-à-vis de l'amidon brut. Cependant, la présente expérimentation illustre le fait que l'hydrolyse et la fermentation simultanées de l'amidon brut peut se produire en une durée raisonnable, à faible température, par exemple à 30 C. Sur la figure unique des dessins ci-joints, les

nombres de référence ci-après ont les significations sui-

vantes 1:matière première 2:préparation de la pâte 3:pâte brute 4:fermentation :apport d'acide 6:apport d'enzymes et de substances nutritives 7:apport de levure 8:pâte fermentée 9:séparation des fibres :fibres séparées (rejet) 11:jus alcoolisé 12:centrifugation 13:recyclage de la levure 14:apport de levure fraîche :liqueur 16:distillation

- 14 -

17: résidus de distillation 18: éthanol à 95 % -15- -R E v E N D I C A T I 0 N S 1. Procédé pour la production de l'éthanol par

fermentation d'une substance contenant un hydrate de car-

bone, caractérisé en ce qu'il consiste: (a) à broyer ou réduire en bouillie cette substance

à base d'hydrate de carbone pour obtenir une pâte ne con-

tenant pratiquement pas de liquide libre, qui est consti-

tuée de particules de cette substance ayant des diamètres allant jusqu'à environ 10 mm; (b) à saccharifier, lorsque cela est nécessaire et, si on le souhaite, à chauffer cette pâte pour transformer en

sucres les hydrates de carbone de cette substance non cons-

titués par des sucres; (c) à mélanger une suspension de levure à cette pâte

(simultanément à ou à la suite de la saccharification pré-

citée, si celle-ci est mise en oeuvre) et à maintenir ce mélange dans des conditions de fermentation pour permettre à ladite levure de convertir les sucres de cette pâte en éthanol; et

(d) à extraire l'éthanol de cette pâte fermentée.

2. Procédé pour la production de l'éthanol par

fermentation d'une substance contenant un sucre, caractéri-

sé en ce qu'il consiste (a) à broyer ou réduire en bouillie cette substance à

base de sucre pour produire une pâte ne contenant pratique-

ment pas de liquide libre et constituée de particules de cette substance de diamètres allant jusqu'à environ 10 mm; (b) à mélanger une suspension de levure à cette pâte; (c) à maintenir le mélange obtenu dans des conditions de fermentation pour permettre à ladite levure de convertir le sucre desdites particules en éthanol; et

(d) à extraire l'éthanol de cette pâte fermentée.

3. Procédé pour la production de l'éthanol par

fermentation à partir d'une substance amylacée, caractéri-

sé en ce qu'il consiste: (a) à broyer ou réduire en bouillie cette substance amylacée pour produire une pâte ne contenant pratiquement pas de liquide libre et constituée de particules de cette

- 16 -

substance ayant des diamètres allant jusqu'à environ 10 mm; (b) à saccharifier et, si on le désire, à chauffer cette pâte pour convertir l'amidon de la substance précitée en sucres; (c) à mélanger une suspension de levure à cette pâte, simultanément à ou à la suite de cette saccharification, et à maintenir le mélange obtenu dans des conditions de fermentation pour permettre à ladite levure de convertir les sucres de cette pâte en éthanol; et

(d) à extraire l'éthanol de cette pâte fermentée.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions i à 3, caractérisé en ce que le processus de fermen-

tation s'effectue pratiquement en phase solide.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'éthanol est extrait de la pâte fermentée par pressage ou compression de cette pâte pour en extraire un

jus contenant de l'éthanol.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le jus extrait contient aussi de la levure et des

fibres provenant de la substance à base de sucre ou d'ami-

don. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la levure et les fibres fines sont séparées du

jus et recyclées dans l'étape de fermentation.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé

en ce que la séparation s'effectue par filtration ou centri-

fugation.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce qu'on ajoute un acide ou une base à la pâte pour règler son pH à une valeur de

4 à 6.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé

en ce que le pH est d'environ 4,5 lorsqu'on utilise une subs-

tance contenant un sucre.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations précédentes, caractérisé en ce qu'on ajoute jusqu'à

environ 20 % en poids de levure à la pâte.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé

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en ce qu'on ajoute à la pâte environ 10 g de levure (poids

sec) par kg de pâte humide.

13. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce que la levure est une levure résistant à l'alcool.

14. Procédé selon l'une des revendications précé-

dentes, caractérisé en ce que la levure est une levure sup-

portant l'action de la chaleur.

15. Procédé selon l'une des revendications précé-

dentes, caractérisé en ce que la levure utilisée est la

souche Saccharomyces cerevisiae.

16. Procédé selon l'une des revendications précé-

dentes, caractérisé en ce que.la fermentation s'effectue à une température environ 250C à 50 C.

17. Procédé selon l'une des revendications 1, 2

ou 4 à 16, caractérisé en ce que la substance contenant

un sucre est choisie parmi la betterave à sucre, les bette-

raves fourragères ou champêtres, le sorgho à sucre ou la

canne à sucre.

18. Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 ou 3 à 16, caractérisé en ce que la substance amylacée précitée est choisie parmi la pomme de terre,

le manioc ou cassave, le blé, l'orge, le triticale (hy-

bride blé-seigle), le sorgho, le mais ou les déchets vé-

gétaux.

19. Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations précédentes, caractérisé en ce qu'on ajoute au mélange une enzyme ou un mélange d'enzymes ou des substances

nutritives pour la croissance de la levure.

20. Procédé selon la revendication 19, caractéri-

sé en ce que l'enzyme ou le mélange d'enzymes sont immobilisés sur des particules solides ou sur les fibres et en ce qu'ils sont recyclés après séparation du jus, contenant l'éthanol,

provenant de la pâte fermentée.

21. Nouveau combustible, caractérisé en ce qu'il est constitué par un mélange d'essence et d'éthanol obtenu

par le procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 20.