Comparaison de l’hydrolyse acide et de l’hydrolyse enzymatique

MATIERES PREMIERES

Les matières premières peuvent être classées comme suit :

– Les matières sucrées, contenant des sucres fermentescibles. Ce sont en général les fruits, certaines racines sucrées (betterave), des tiges (canne à sucre) , des tubercules, des feuilles, …

– Les matières amylacées, contenant de l’amidon, qui sous l’action des solutions acides ou des diastases, peuvent être hydrolysées et transformées en maltose et glucose, tous deux fermentescibles. Ce sont en général les grains (maïs, riz,….) , certaines tubercules (pomme de terre, patate, manioc,…)

– Les matières cellulosiques, contenant des celluloses qui par hydrolyse, conduisent également à la formation de glucose fermentescible (bois, tiges annuelles, résidus végétaux,…)

Pour la suite, nous prendrons le manioc pour les matières nécessitant une hydrolyse et la canne à sucre pour les matières contenant déjà des sucres fermentescibles.

Méthodes – Traitement par l’HCl

Dans un ballon jaugé de 250ml, 250mg de farine de manioc ont été mélangés avec 25ml d’HCl à 1,128 % (P / V). La suspension a été agitée, puis additionnée de 25ml d’HCl à 1,128 %. Le ballon contenant le mélange a été ensuite plongé dans l’eau pendant 15 minutes et au cours des trois premières minutes, la solution a été agitée énergiquement pour éviter la formation d’agglomérats. Ensuite 30ml d’eau distillée a été ajoutée dans la préparation. Après refroidissement, pour la défecation, l’addition de 5ml de la solution de Carrez I et Carrez II suivie d’une agitation a été nécessaire. Le volume a été ensuite complété à 100ml avec de l’eau distillée, puis la suspension a été homogénéisée et filtrée. Le pouvoir rotatoire (P) a été mesuré au polarimètre.

– Traitement par l’éthanol à 40 % Dans un ballon jaugé de 250ml, 250mg de farine de manioc ont été additionnés de 40ml d’éthanol à 40ml. Le mélange a été laissé au repos pendant une heure à la température ambiante. Au cours de cette attente, plusieurs agitations ont été effectuées pour bien mélanger le contenu du ballon. Puis la suspension a été filtrée et le filtrat a été additionné de 2,1ml de HCl à 25 %. Après une agitation énergique, le mélange a été placé dans un bain-marie pendant 15 minutes. Le ballon a été ensuite retiré du bain puis refroidi sous un courant d’eau froide. La solution, une fois refroidie, a été déféquée par addition de la solution de Carrez I et Carrez II suivie à chaque fois d’une agitation. Le volume a été complété avec l’éthanol à 40 %. Le pouvoir rotatoire (P’) a été déterminé au polarimètre.

A pH faible, pH = 3,5 ; le taux de conversion n’est pas intéressant. Aux pH= 5,5 et 6,5 ; la production est faible. L’augmentation du pH affaiblit l’activité enzymatique. Les sucres réducteurs formés sont les plus abondants à pH = 4,5. Cet effet du pH sur l’hydrolyse s’explique par la sensibilité des enzymes aux variations de la concentration en ion H+ du milieu réactionnel. Un groupement – COO – du site actif est nécessaire à la fixation du substrat, l’abaissement du pH du milieu entraîne sa transformation en – COOH qui ne permet pas la fixation de plus de substrat et par conséquent, l’activité amylasique diminue. Concernant l’effet de la température, la production optimale est de 50°C. La température élevée (environ 80°C) détruit les enzymes tandis que les basses températures provoquent des pertes notables sur l’activité enzymatique. En conclusion, le couple (pH = 4,5 ; température = 50°C) est optimal pour l’activité des enzymes.

Mode opératoire

Prélever à l’aide d’une fiole jaugée un volume de vin de 200ml. Noter la température du vin. Le verser dans le ballon de l’appareil à distiller ou dans le barboteur de l’appareil à l’entraînement à la vapeur. Rincer la fiole jaugé à quatre reprises avec 5 ml d’eau que l’on ajoute dans le ballon ou le barboteur. Ajouter 10 ml d’hydroxyde de calcium 2M et quelques fragments d’une matière poreuse inerte (pierre ponce, …) dans le cas de la distillation. Recueillir le distillat dans la fiole jaugée de 200 ml qui a servi à mesurer le vin. Recueillir un volume égal aux trois quart environ du volume initial dans le cas de la distillation et recueillir 198- 199 ml de distillat dans le cas de l’entraînement à la vapeur. Compléter à 200 ml avec de l’eau distillée, le distillat étant à une température identique à la température initiale à plus ou moins de 2° C près. Mélanger avec précaution par un mouvement circulaire Mesurer la densité et rapporter les résultats sur une table de correspondance entre la densité apparente du mélange hydroalcoolique et le degré d’alcool.

Consommation en eau de refroidissement Pour l’hydrolyse, le passage de la température de 75°C à 50°C nécessite une circulation d’eau froide pendant 10 mn Fixons le début d’eau à Db = 6l / mn D’où la quantité d’eau nécessaire est Ve = Db x temps = 6 x 10 = 60 l Pour la fermentation, on a besoin d’eau de refroidissement pour maintenir la température au sein de la masse au dessous de 30 ° C. La fermentation dure 6 jours mais l’accroissement de la température n’est pas significatif qu’au troisième jours. D’où la circulation n’est pas appliquée qu’en trois jours de fermentation. Pour réduire la quantité d’eau nécessaire pour la fermentation on fait un recyclage d’eau de fermentation Nous fixons à 10 mn la durée d’un cycle d’eau Veau (un cycle) = 10 x 10 = 100 l Pour un traitement le volume d’eau nécessaire est donc de 60 l + 100 l = 160 l = 0,160m3 Si on utilise l’eau du JIRAMA, le prix est de D’où le prix de l’eau de refroidissement est de

CONCLUSION

Ce travail nous a permis de montrer que l’hydrolyse suivie de la fermentation est l’étape fondamentale pour la fabrication de l’alcool éthylique. Premièrement, nous avons étudié au laboratoire la production du substrat majeur de la fermentation alcoolique : le glucose. Selon la méthode d’hydrolyse enzymatique par le maltage, on a obtenu un rendement maximal de conversion de la fécule de 99,39% avec les conditions suivantes : la concentration optimale en substrat 124 g / l ; le pH du milieu réactionnel 4,5 ; la température 50°C et la vitesse d’agitation 250 rpm. Ensuite nous avons passé à la fermentation des sucres réducteurs obtenus par la levure Saccharomyces cereviciae sous forme commercialisée. Après 7 jours de fermentation, nous avons obtenu le vin de fermentation dont son degré alcoolique est de 8,90° . La concentration en sucre résiduel de ce vin de fermentation est de 22,9 g / l. Finalement, nous avons conçu une cuve d’hydrolyse et une cuve de fermentation alcoolique à l’échelle pilote. Le coût de construction de ces deux cuves est de 2 925 000 Fmg tandis que le coût d’une exploitation s’élève à 222 143 Fmg. Le prix du litre du vin est estimé à 5554 Fmg. Ce prix est un peu abordable mais pour avoir un prix plus rentable, le remplacement de l’électricité utilisée pendant l’hydrolyse par d’autres sources d’énergies est nécessaire.

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Table des matières

REMERCIEMENTS
INTRODUCTION GENERALE
PREMIERE PARTIE : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
I. MATIERES PREMIERES
I.1. Le manioc
I.1.1. Historique
I.1.2. Systématique et dénomination
I.1.3. Composition moyenne d’un tubercule
I.1.4. Amidon
I.1.5. Principales valorisations du manioc
I.1.5.1. Pour la fécule
I.1.5.2. Pour la farine
I.1.6. Procédé de fabrication de la farine du manioc
I.1.7. Procédé de fabrication de la fécule du manioc
I.1.8. Production de manioc à Madagascar
I.2. La canne à sucre
I.2.1. Historique
I.2.2. Systématique et dénomination
I.2.3. Composition chimique
I.2.4. Le saccharose
I.2.5. Procédé de fabrication du sucre
II. HYDROLYSE
II.1.Méthodes d’hydrolyse
II.1.1. Hydrolyse acide
II.1.2. Hydrolyse enzymatique
II.1.3. Hydrolyse acido-enzymatique
II.2. Comparaison de l’hydrolyse acide et de l’hydrolyse enzymatique
II.3. Hydrolyse enzymatique
II.3.1. Enzymes
II.3.2. Les enzymes responsables de l’hydrolyse
II.4. Taux de conversion d’amidon en sucres simples
III. FERMENTATION ALCOOLIQUE
III.1. Définition
III.2. Processus de la fermentation
III.3. Les levures
III.3.1. Systématique
III.3.2. Caractéristiques générales des levures
III.3.3. Propriétés
III.4. Culture des levures
III.5. Paramètres de fermentation
III.5.1. Température
III.5.2. Teneur en substrat carboné
III.5.3. Teneur en oxygène
III.5.4. Acidité
III.5.5. Agitation
III.5.6. Ethanol
III.6.Cinétique de la fermentation
III.7. Produits de fermentation
III.7.1. Produit principal
III.7.2. Produits secondaires
DEUXIEME PARTIE : ETUDE EXPERIMENTALE
I. ANALYSE DE QUELQUES PROPRIETES DE LA FARINE DE MANIOC
I.1. Humidité
I.1.1. Matériels
I.1.2. Méthode
I.1.3. Résultats
I.2. Teneur en amidon
I.2.1. Principes
I.2.2. Matériels
I.2.3. Méthodes
II. HYDROLYSE ENZYMATIQUE
II.1. Matériels
II.2. Méthodes
II.2.1. Maltage : Elaboration des enzymes
II.2.1.1. Trempage
II.2.1.2. Germination
II.2.1.3. Préparation du lait de malt : extraction de l’enzyme
II.2.2. Gélification : Préparation du substrat à hydrolyser
II.2.3. Hydrolyse proprement dite
II.2.4. Dosage des sucres réducteurs
II.2.4.1. Principe
II.2.4.2.Gamme étalon
II.2.4.3. Détermination de la concentration en sucres réducteurs
II.2.5. Optimisation
II.2.6. Rendement
III.3. Résultats et interprétation
III.3.1. Effets de la température et du pH
III.3.1.1. Effets du pH à 45°C
III.3.1.2. Effets du pH à 50°C
III.3.1.3. Effets du pH à 65°C
III.3.2. Effets de la concentration en substrat
III.3.3. Effets de la vitesse d’agitation
III.3.4. Conclusion partielle
III. FERMENTATION
III.1. Matériels
III.1.1. Cuve de fermentation
III.1.2. Souche des levures
III.2. Méthodes
III.2.1. Traitements préliminaires
III.2.2. Fermentation
III.2.2.1. Fermentation
III.2.2.2. Culture
III.3. Détermination du titre alcoolimétrque
III.3.1. Détermination du titre alcoolimétrique en utilisant un alcoomètre
III.3.1.1. Matériels
III.3.1.2. Mode opératoire
III.3.2. Détermination du titre alcoolimétrique en mesurant la densité
III.3.2.1. Matériels
III.3.2.2. Mode opératoire
III.4. Conditions de fermentation
III.5. Evolution de la fermentation
III.5.1. Densité du moût pendant la fermentation
III.5.2. Evolution de la température de fermentation
III.6. Caractéristiques du produit fini
TROISIEME PARTIE : CONCEPTION D’UNE CUVE D’HYDROLYSE ET D’UNE CUVE DE FERMENTATION
I. CONCEPTION DE L’HYDROLYSEUR
I.1. Dimensionnement de la cuve d’hydrolyse
I.2. Accessoires de la cuve d’hydrolyse
I.2.1. Chauffe-eau
I.2.2. Agitateur
I.2.3. Vannes
II. CONCEPTION DU FERMENTEUR
II.1. Dimensionnement d la cuve de fermentation
II.2. Accessoires de la cuve de fermentation
III. COUTS DE CONSTRUCTION DE L’UNITE
IV. COUTS D’EXPLOITATION
IV.1. Durée d’un traitement
IV.2. Consommation en eau de refroidissement
IV.3. Consommation en électricité
IV.4. Prix de la matière première
IV.5. Charge salariale du personnel
IV.6. Résumé du coûts d’exploitation
IV.7. Prix du vin obtenu
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE

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