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MISE AU POINT DE LA CO-FERMENTATION TOPIPAIN avec les étudiants en 2ème année de bts biotechnologies

en génie fermentaire

 

 

 

MISE AU POINT DU TP DE CO-FERMENTATION DU TOPINAMBOUR ET DU PAIN POUR AUGMENTER LE RENDEMENT DE PRODUCTION EN Éthanol

  

  

1.    OBJECTIFS

 

Face aux soucis de rendement de production en éthanol que nous avons rencontré ces dernières années à partir du pain recyclé du lycée, nous avons décidé d’explorer la possibilité d’introduire une autre source de carbone qui nous permettra d’augmenter notre rendement de production.

Nous avons également envisagé le traitement des déchets végétaux, pour produire du méthane équivalent GPL, idée qui ne sera réalisable que dans 2 à 3 ans, le temps de fabriquer un système de méthanisation de la biomasse.

Nous avons donc décidé d’utiliser une autre source de carbone, en gardant à l’esprit les risques de ce type de production : 

-     Un risque de concurrence avec les productions alimentaires au profit de la production d’énergie. Le modèle développé par l'INRA permet de calculer qu'il y aura compétition entre les cultures alimentaires et "énergétiques" dès 2006 et ce, avant même que toutes les surfaces de jachère soient réquisitionnées. D’ailleurs, remplir le réservoir d’un 4x4 avec 94,5 litres d’éthanol pur nécessite environ 204 kg de maïs, soit suffisamment de calories pour nourrir une personne pendant un an, selon une étude publiée par la revue américaine Foreign Affairs ; 

-     Une hausse du prix des matières premières déjà bien amorcée. Depuis le début de l’année 2007, le prix du blé a augmenté de 61,3%, le maïs de 53,9% et les oléagineux de 20,3%, selon l’Insee ; 

-     Un risque de pénurie de denrées alimentaires dans les pays les plus pauvres. En effet, l’usage de plus en plus fréquent de l’éthanol comme biocarburant risquerait de menacer l’alimentation des 2,7 milliards de personnes dans le monde qui vivent avec moins de 2  dollars par jour ; 

-     Un risque environnemental si la production devient intensive. Avec la consommation de grandes quantités d'eau, la pollution des eaux par l'usage abusif d'engrais et de pesticides et l’épuisement des sols par une surexploitation des terres ; 

-    Le risque d’accentuer les problèmes de déforestation déjà constaté au Brésil pour la production de canne à sucre (filière alcool) et en Indonésie, certains pays d’Afrique, d’Asie et d’Amérique latine pour la plantation de palmier à huile (filière huile) ;

 

    

pour ou contre les agrocarburants?

 

Pour toutes ces raisons, nous nous somme intéressé au topinambour un tubercule originaire du Canada et ramené en France par les colons en 1613. Ce tubercule a était utilisé en tant que légume de rationnement lors de la seconde guerre mondiale et sous sa forme fourragère, il a permis de nourrir le bétail. A l’heure actuelle, grâce à ces fleurs ressemblant à celle du tournesol et sa fleuraison automnale, le topinambour est davantage utilisé dans les massifs floraux et sa consommation reste marginale. 

Rustique, il est facile à cultiver même sur des sols les plus pauvres, il n'est pas sensible aux maladies, ni aux prédateurs, ni au froid tant que le tubercule reste dans la terre et il ne nécessite pas d’arrosage.  

Riche en inuline, un polysaccharides caractérisé par une colonne vertébrale de fructose et un glucose terminal. Il n’est pas assimilable par notre organisme et sert plutôt de fibre alimentaire facilitant le transit intestinal. 

TABLEAU DE COMPOSITION pour 100g

topinambour

pain

Pomme de terre

Protéines

2.5

Protéines

9

Protéines

2

Lipides

trace

Lipides

2

Lipides

trace

Glucides avec inuline

8.00

16

Glucides

50

Glucides

21

Glucides assimilables

4.00

Tout comme l’amidon contenu dans le pain, l’inuline peut être directement hydrolysée et fermentée en alcool (métabolite primaire) avec un bon rendement par certaines espèces de levures telles que Kluyveromyces fragilis et marxianus, Candida macedoniensis, Torulopsis colliculosa, etc. 

C’est pour toutes ces raisons que nous souhaitons l’intégrer dans le projet éthanol en assurant sa culture au lycée avec la fleuraison des espaces verts et sa récolte à l’automne pour la fermentation alcoolique une fois qu’elle sera mise au point par vos soins.  

A vous de jouer.

 

 

 

 

   

 

 

 

 

Examen macroscopique et microscopique 

des différentes souches

 

 

Préparation de la suspension pour l'observation des levures à l'objectif x40

 

 

Aspect microscopique des colonies des différentes souches 

sur milieu Sabouraud après 48 heures d'Incubation à 30°C 

 

 

   

 

Suivi de croissance des différentes souches de levure en présence d'inuline ou amidon en Génie Fermentaire 
à 30°C, 250 rpm et pH 5-6

 

 

Suivi de croissance des levures en présence d'inuline ou d'amidon à 30°C, 250 rpm et pH de 5-6

 

prélèvement sur Sartorius

 

Prélèvement d'échantillons de moût de fermentation à intervalle de temps réguliers 
toutes les 20 minutes

 

prélèvement sur Set2M de SGi

 

 

 

 

 

Préparation de la cuve contenant l'échantillon pour la lecture d'absorbance

 

 

 

Lecture de l'absorbance au spectrophotomètre à 600 nm

 

 

  

 

 

Choix des différentes fermentations à mener en fonction des résultats obtenus au cours de la séance

 

 

 

Exploitation des données obtenues sur Igor

Suivi de croissance en présence de glucose

 

Suivi de croissance en présence d'inuline

 

Suivi de croissance en présence d'amidon

 

synthèse des résultats de croissance

analyse et exploitation

 

 

   

    

 

Vérification de la pureté des différentes souches

 

Isolement des différentes souches des levains sur milieu Sabouraud 

 

 

Présence d'un seul type de colonie sur chaque isolement donc les différentes souches sont pures

 

 

 

   

 

 

Identification et conservation des souches de levure

 

 

 Zymogramme : test d'assimilation de différentes sources de carbone par voie fermentative

le virage de l'indicateur coloré du bleu au jaune traduit la capacité de la souche à assimiler la source de carbone par voie fermentative

 

 

Auxanogramme : test d'assimilation de différentes sources de carbone par voie oxydative

la présence d'une culture traduit la capacité de la souche à assimiler la source de carbone par voie oxydative

 

 

Identification des contaminants responsables d'accident de fabrication

 

 

 

 

 

 

Suivi par dosage enzymatique de la disparition du glucose et de l'apparition de l'éthanol en cours de fermentation

 

 

Préparation des différentes solutions nécessaire aux dosages enzymatiques

 

Exploitation des données

 

 

La production de l'éthanol à lieu durant la phase exponentielle de croissance 

il s'agit d'un métabolite primaire

 

 

La consommation du glucose dans le milieu est conjointe à la production d'éthanol

 

 

   

 

Récupération de la mie de pain 

 

 

Récupération de la mie de pain car la croûte contient des substances inhibitrices de la fermentation

 

 

 

 

 

Lavage des tubercules de topinambour récoltés

 

 

 

Lavage des tubercules de Topinambour pour éviter l'introduction de bactéries du sol 

dans le moût de fermentation 

 

 

 

 

 

 

Découpe et Broyage des tubercules de Topinambour

 

 

 

Découpe des tubercules de topinambour

 

 

Broyage des tubercules de topinambour

et obtention du broyat ou du jus de topinambour pour la fermentation

 

 

 

 

Broyage de la mie de pain et obtention du jus de pain pour la fermentation

 

 

   

 

Mise en route des différents moûts de fermentation

 

 

 

 

Mélange des différents jus de pain et de topinambour avec les différentes précultures de levure en fonction des résultats les plus concluant obtenus lors des suivis de croissance

 

 

Jus de topinambour + Kluveromyces lactis

 

 

prélèvement des moûts à t0

 

 

Mous près à être incubés

 

 

les différents mélanges pour la fermentation à 30°C pendant 4 à 5 semaines

 

 

 

Distillation des moûts de fermentation

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

PROJET ETHANOL AVEC LES SECONDES

 

Préparation du milieu de culture pour le ferment

 

 

 

 

préparation du milieu de culture

 

 

Récupération de la mie de pain

 

 

 

récupération de la mie de pain

 

 

 

 

Mélange de la mie de pain broyée et du ferment

 

 

mélange milieu et broyat de mie de pain

 

Fermentation pendant 2-3 semaines

 

 

incubation des différents mous de fermentation à 30°C

 

 

   

 

 

diaporama 2006 à 2009 et plaquettes 2009

 

Diaporama évolution du projet de 2007 à 2009

 

Plaquette 1 : Présentation du projet

Plaquette 2: Notions théoriques sur le pain et La fermentation

Plaquette 3: Les levures et La fabrication d'éthanol

Plaquette 4: Problématique biocarburants oui ou non

Plaquette 5: Mise au point co-fermentation topi-pain 2009

 

Plaquette présentation du projet de 2006 à 2009 avec traduction en Anglais

 

pour ou contre les agrocarburants?

 

 

   

 
Révision : 05 avril 2010