Production d’éthanol à partir du pain recyclé de la cantine
Filière Biotechnologie du lycée polyvalent de Decazeville
Participants 2006-2007 :
Grandes lignes de la production d'éthanol à partir du pain recyclé du lycée
Le pain non consommé récupéré sur les plateaux de la cantine ne peut pas être recyclé en alimentation animale, c’est donc un déchet ;
‚ Le pain mouillé est broyé dans un robot ménager puis mélangé à de l’eau du robinet non stérile et un levain de levures de boulangerie. Les études préliminaires ont montré le rôle inhibiteur des composés de la croûte de pain sur la fermentation. L’ajout de bactérie amylolytique (aidant à digérer l’amidon) à amélioré le rendement de production d’éthanol ;
ƒ Pour respecter des contraintes de réalisme industriel, les cultures ont duré plusieurs semaines à température ambiante et non stérilement. La production d’éthanol à permis la conservation du produit obtenu (cf. flacon d’Erlenmeyer avec une des cultures du mois de mars). Les levures se déposent en une épaisse couche blanche entre le surnageant et le pain broyé digéré sédimenté au fond.
„ Le surnageant qui contient l’éthanol est filtré.
… La première distillation permet de produire un alcool fort très aromatique.
† Une deuxième distillation avec un chauffage limité à 70 °C permet de se rapprocher du mélange azéotrope à 95 °C.
‡ La dernière distillation en présence d’hexane (solvant apolaire) permet de déshydrater l’éthanol pour le rendre utilisable dans un moteur à explosion.
Quelques données théoriques sur la fermentation du pain en alcool
Qu’est-ce que le pain?
Le pain est un aliment composé de farine de blé tendre panifiable, d’eau, de sel (Chlorure de sodium), de levures (Saccharomyces cerevisiae) et éventuellement de levain (bactéries lactiques). La farine de blé tendre est un féculent contenant une grande quantité d’amidon (56 % en masse sèche relative), mais également une grande quantité de protéines (8 % le gluten essentiellement). La structure élastique du pain est due à la présence de ce gluten (de qualité boulangère) qui forme après le pétrissage un réseau très souple et très solide capable de retenir le gaz carbonique produit lors de la fermentation alcoolique de la levure; ce gluten particulier à certaines variétés de blé tendre permet de faire lever la pâte à pain et d’obtenir un aliment très aéré.
Lors de sa cuisson à 250 °C se forme une croûte d’autant plus colorée et aromatique que l’atmosphère est humide dans le four en fin de cuisson. A la différence de la mie dont la composition est quasi identique à celle de la pâte crue, la croûte contient de nouvelles substances très complexes qui résultent de la condensation chimique à haute température entre les groupements hydroxyle (OH) et surtout aldéhyde des sucres (simples comme le maltose, et composé comme les dérivés de l’amidon) et les groupement aminés des protéines (glutens). Ces réactions dites de Maillard (abondante littérature sur Internet) forment des composés plus complexes que le caramel, souvent colorés et odorants. Malheureusement ces composés sont toxiques pour les microorganismes. Une expérience préliminaire réalisée avec les élèves (cf. photo de gauche) à démontré que la présence de croûte fait baisser le rendement de production d’ éthanol en inhibant le développement des levures. Néanmoins c’est avec du pain entier que le projet s’est développé pour répondre à des contraintes de rentabilité industrielle, la séparation de la mie et de la croûte n’étant pas facilement automatisable.
Comment le pain est il converti en éthanol?
Lors de la levée de la pâte à pain les levures de boulangerie digèrent (hydrolysent) l’amidon en sucres plus simples (tel que le maltose et le glucose), puis une partie du glucose est fermentée en éthanol et gaz carbonique (responsable de la formation des bulles du pain, de l’emmental, et du champagne). A priori le même type de fermentation pourrait se dérouler sur le pain cuit, mais ce n’est pas si simple! La production est en fait freinée par la présence de substances inhibitrices dans la croûte comme cela à déjà été dit précédemment. L’utilisation de bactéries semble améliorer la production d’alcool par les levures, cela reste à confirmer.