DIFFERENTES METHODES D’OBTENTION D’ALCOOL

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LES MATIERES PREMIERES

Nous avons différentes classes de matières premières. Pour la suite, nous prendrons la canne à sucre, l’ananas et le litchi comme matières premières.

LA CANNE À SUCRE

Historique

La canne à sucre est une plante vivace, venant de l’Asie tropicale, plus précisément des îles polynésiennes. On l’utilise beaucoup comme matière première en sucrerie et en distillerie.

Constituants chimiques de la canne à sucre :

 Le saccharose :
Le saccharose est l’élément le plus important dans la canne à sucre. Le saccharose de formule générale C12H22O11 est un sucre réducteur et non fermentescible. Il s’hydrolyse et se dédouble en deux molécules d’hexoses qui sont fermentescibles. On obtient alors d’égales quantités de D-glucose et D- fructose.
 la densité :
La densité du moût varie suivant la richesse en saccharose c’est à dire dépend du stade de maturité de la canne. La densité est élevée quand la canne à sucre est mure et saine.
 Les acidités :
Le jus de canne a une réaction acide. Les cannes à sucres mûres et saines présentent une acidité faible de 0,6 à 1,6g/l en acide acétique. Le pH est de 4,75 à 5,23. Ces valeurs sont valables dans le domaine industriel, mais elles peuvent varier dans le secteur rural.

La mélasse :

La mélasse est un sous-produit de l’industrie sucrière constitué par des substances liquides sirupeux noirâtres. Les mélasses sont des résidus finaux de l’extraction de saccharose à partir des plantes saccharifères. Ce sont des substrats dont la composition est donnée par des sucres tels que le glucose, fructose et saccharose.
La composition de la mélasse varie suivant la nature de la canne, les conditions climatiques, le degré d’extraction, la nature du procédé de défécation et suivant son degré.
Avant d’être utilisée, comme fermentaire, les mélasses doivent préalablement subir quelques traitements. Elles doivent être clarifiées, stérilisées, diluées et additionnées des nutriments azotés : sulfate d’ammonium, urée, … le pH des moûts obtenus est ensuite ajusté à la valeur optimale de développement des micro-organismes à ensemencer.

le sucre 

Le sucre apporte peu d’éléments généraux nécessaires à la fermentation. Mais pour augmenter le degré alcoolique du moût à fermenter, on a recours à la chaptalisation qui consiste à additionner du sucre au début de la fermentation. Le sucre de canne contient 95% de saccharose et moins de 5% d’impuretés.

L’ANANAS

Historique 

L’ananas est une plante monocotylédone, herbacée, originaire de l’Amérique du sud. Ce groupe de plantes présente une inflorescence analogue à une pomme de pin, d’où le terme « pine » en Espagnol et « Pine – Apple » en Anglais. On signale sa présence à Madagascar vers 1548.
 Les acides organiques : [22]
Ces acides organiques participent à l’acidité du jus. L’acidité libre représente environ 70% de l’acidité totale.
Les principaux acides rencontrés dans le jus sont des acides faibles :
• L’acide citrique (HOOC-CH2-CCOOH-CH2-COOH) COOH
• L’acide malique (HOOC-CHOH-CH2-COOH)
• L’acide succinique (HOOC-CH2-CH2-COOH)
• L’acide tartrique (HOOC-CHOH-COOH)
L’acidité du jus d’ananas est de 6 g / l exprimé en équivalant en H2SO4. Le pH est de 3,4 à 3,6.

Valeurs nutritionnelles de l’ananas 

L’ananas possède une certaine valeur nutritive en alimentation humaine abstraction faite de sa teneur en sucre élevée. Il peut être considéré comme un aliment énergétique. Un verre de jus (150 ml environ) contient en moyenne 75 calories.
La plus importante est la BROMELINE qui est une enzyme protéolytique très active. Elle attaque la peau très rapidement. Il est recommandé de porter des gants pour les personnes en contact avec le jus d’ananas.

LE LITCHI

Historique 

Originaire de chine, le litchi s’est répandu dans toute l’Asie, l’Afrique de l’Est et du sud, Madagascar, Floride.
Introduit à l’île Maurice par Cossigny en 1764, de là, il aurait été introduit sur l’Ivondro par A.Michaux en 1802.

Espèce

Seuls les espèces lappaceum et litchi ont été introduit à Madagascar, mais la première a encore actuellement une production insuffisante, aussi, l’étude a été apportée sur le nom courant utilisé pour ces deux fruits. En effet, à Madagascar, le néphélium lappaceum a pour nom vernaculaire « litchi chinois » alors que c’est le nom courant donné au néphélium litchi.

FERMENTATION ALCOOLIQUE

GÉNÉRALITÉS ET DÉFINITION

La fermentation alcoolique est un phénomène chimique connu depuis longtemps. Elle est définie comme la transformation des matières organiques sous l’action d’un ferment, soit en présence de l’air (fermentation aérobie) soit à l’abri de l’air (fermentation anaérobie). Ces transformations peuvent être des décompositions ou des oxydations ou des hydratations. Dans le cas d’une fermentation alcoolique les ferments qui agissent sur les sucres par les levures et le milieu sont à l’abri de l’air.

DIFFÉRENTES ÉTAPES DE LA FERMENTATION

La glycolyse constitue la première étape de la fermentation alcoolique (la molécule des hexoses doit d’abord être activée par transformation en esters phosphoriques). En premier lieu apparaît la phosphorylation qui est effectuée par deux enzymes dits « transporteurs » d’acide phosphorique et qui sont l’Adénosine Diphosphate (ADP) et l’Adénosine Triphosphate (ATP).
Par la suite, on a la réaction des déshydrogénations à l’aide de la diastase appelée codéhydrase de Von Euler ou Nicotinamide Adénine Dinucléotide (NAD) et l’on obtient l’acide diphospho-1, 3 glycérique.
C’est cet acide diphospho-glycérique qui par hydrolyse, perd une molécule de phosphore et donne naissance à l’acide glycérique monophosphorylé.
Et par la suite de réactions utilisant divers enzymes on arrive à l’acide pyruvique. Cet acide est un pivot du mécanisme de la fermentation.
La décarboxylation de l’acide pyruvique se fait à l’aide de l’ester pyrophosphorique de la thiamine (cocarboxylase) appelée encore carboxylase de Newberg. On obtient l’acétaldéhyde avec un dégagement de gaz carbonique.

L’AGENT DE FERMENTATION : les levures

Généralités et définition

PASTEUR a montré que la fermentation n’est pas due à l’action de l’air sur le sucre, mais à la présence de levures dans le mout à fermenter.
Les levures sont des champignons microscopiques, unicellulaires, de forme elliptique ou sphérique. La multiplication se fait par bourgeonnement ou par scission quand le milieu est favorable, et par production de spores très résistantes dans le cas contraire. Le cytoplasme contient divers types d’enzymes : invertase ou saccharase, maltase protéase, alcool déshydrogenase, glucose 6- phosphodeshydrogenase.

Composition chimique

Les levures présentent une composition extrêmement variable suivant l’espèce et le milieu de culture. Cette composition présente l’intérêt de montrer l’importance des quantités de substances du mout qui peuvent être fixées et exportés par les levures.
Les levures contiennent en moyenne, 75% d’eau et 25% de matière sèches. Selon Navarre, les matières sèches sont riches en acide phosphorique (50 à 60% de cendre) et en potassium (30 à 50%)

Milieu de culture des levures :

Pour assurer le métabolisme fermentaire, certains éléments comme le PO4-, K+, SO42-, doivent se trouver dans le moût à fermenter.
La levure a surtout besoin des matières hydrocarbonées (sucres), matières azotées et matières minérales.
– pour les matières azotées, l’azote ammoniacal et l’azote minéral (sels minéraux) sont très assimilables par les levures.
– les fractions principales des matières sont l’acide phosphorique et le potassium (50% et 25%)

Les levures alcooliques

Les saccharomyces cerevisiae sont l’espèce le plus utilisée en fermentation alcoolique. Il appartient à la famille de SACCHAROMYCETACEAE et au genre SACCHAROMICES.Il a un bon pouvoir alcoogène (17°) et a un potentiel enzymatique, aromatique généralement intéressant. L’action sur les sucres fermentescibles est rapide et complète. Cette souche de levure disparaît rapidement en fin de fermentation.

PARAMETRES DE FERMENTATION 

Température et activité de la levure 

La grande majorité des levures ne se développe et n’est activée que dans une étroite fourchette de 25°C à 35°C. L’activité des levures cesse à une certaine température, c’est à dire si la température dépasse 37°C, il y aura risque d’arrêt de fermentation par contre si elle est trop basse (<25°C) le démarrage de la fermentation est difficile. Le milieu idéal pour la fermentation est de 30°C à 33°C.

Dose d’ensemencement :

Afin d’obtenir une productivité élevée, c’est à dire accélérer la fermentation, un taux d’ensemencement élevé peut être utilisé.

Aération

Une micro aération de l’ordre de 0,05mmHg est nécessaire pour la bonne conduite de la fermentation, elle est utilisée pour la croissance et pour la survie des cellules et pour leurs bonnes conditions physiologiques. Quel que soit la teneur en oxygène, la fermentation peut toujours s’annoncer, en anaérobie total ou en milieu riche en sucre même en excès d’air.

Le pH 

La fermentation alcoolique s’effectue en milieu acide d’où la nécessité, pour obtenir un bon rendement, d’emmener le moût avant fermentation au pH optimum. Les levures tolèrent des gammes très larges de pH, théoriquement de 2,4 à 8,6.Entre ces valeurs, le pH intracellulaire ne varie que de 5,8 à 6,8.

L’agitation :

Il existe deux types d’agitation :
– l’agitation mécanique utilisant un mobile tournant ;
– l’agitation naturelle, pour cette dernière, c’est le CO2 produit lors du développement microbien qui crée la turbulence et permet de maintenir des cellules en suspension homogène.

L’ éthanol

En fermentation et bien que d’autres substances puissent être produites, l’éthanol constitue le produit majeur. Il est toxique vis à vis de cellules. A partir de la concentration 12,50°GL, c’est à dire 100g/l d’alcool, les levures meurent.

LES DIFFERENTS PRODUITS FORMES PENDANT LA FERMENTATION 

Toutefois nous avons vu que l’éthanol et le CO2 n’étaient pas les seuls produits formés. Outre le glycérol, nous trouvons aussi les acides organiques, des aldéhydes, des cétones et des alcools supérieurs.
Les matières premières, l’air, le matériel, l’eau apportent d’autres ferments multiples qui déclenchent les fermentations secondaires le plus souvent productrices d’acide acétique, acide lactique, et butyrique. En d’autre terme la fermentation alcoolique ayant produit non seulement de l’éthanol et des corps volatils aromatiques mais aussi des produits lourds et des composés malodorants.
Le tableau ci–après montre les produits secondaires de la fermentation alcoolique.

Table des matières

INTRODUCTION
PREMIÈRE PARTIE : ASPECTS THEORIQUES ET TRAVAUX ANTERIEURS
Chapitre I : DIFFERENTES METHODES D’OBTENTION D’ALCOOL
I-1 CLASSEMENT DES MATIÈRES PREMIÈRE
a- à partir des matières sucrées
b- à partir des boissons fermentées
c- à partir des matières amylacées et cellulosiques
I-2 DIFFÉRENTES SORTES DE BOISSONS ALCOOLISÉES
a – Boisson obtenue à partir de jus sucré
b- Boisson obtenue à partir des matières amylacées
Chapitre II : LES MATIERS PREMIERES
II-1 LA CANNE À SUCRE
a- historique
b- taxonomie
c- constituant chimique
d- la mélasse
e- le sucre
II-2 L’ANANAS
a- historique
b- taxonomie
c- les constituants chimiques
d- les constituants organiques
e- valeur nutritionnelle de l’ananas
II-3 LES LITCHIS
a- historique
b- espèces
c- taxonomie
d- constituants chimiques
Chapitre III LA FERMENTATION ALCOOLIQUE
III-1 GÉNÉRALITÉS ET DÉFINITION
III-2 DIFFÉRENTS ÉTAPES DE LA FERMENTATION
III-3 L’AGENT DE FERMENTATION
a- généralité et définition
b- composition chimique
c- milieu de culture des levures
d- les levures alcooliques
III-4 PARAMÈTRES DE FERMENTATION
a- température et activité levurienne
b- dose d’ensemencement
c- l’aération
d- le pH
e- l’agitation
f- l’éthanol
III-5 LES DIFFÉRENTS PRODUITS FORMES PENDANTS LA FERMENTATION
III-6 CINÉTIQUE ET DURÉE DE LA FERMENTATION
a- influence du taux de sucre
b- le glucose
c- l’éthanol
Chapitre IV : LA DISTILLATION
IV-1 DÉFINITION
IV-2 PRODUIT DE LA DISTILLATION
IV-3 LE PHÉNOMÈNE DE LA DISTILLATION
IV-4 DIFFÉRENTS TYPES DE DISTILLATION
a- la distillation continue
b- la distillation discontinue
IV-5 LE RENDEMENT PASTEUR
Chapitre V : LA CHROMATOGRAPHIE EN PHASE GAZEUSE OU C.P.G
V-1 DÉFINITION
V-2 PRINCIPE
V-3 APPAREILLAGE
DEUXIEME PARTIE : TRAVAUX EXPERIMENTAUX
Chapitre I : PROCEDE DE FERMANTATION
I-1 GÉNÉRALITÉ ET CHOIX DU PROCÉDÉ
I-2 DIMENSIONNEMENT ET CONCEPTION D’UNE CUVE DE FERMENTATION
a- classification des aciers inoxydables pour confectionner la cuve de fermentation
b- dimensionnement de la cuve de fermentation
Chapitre II : LE DEROULEMENT DE LA FERMENTATION
II-1 PRÉPARATION DU MOÛT
II-2 PRÉ CULTURE DE LEVURE
II-3 OPTIMISATION DU PROCÉDÉ
II-4 DÉROULEMENT DE LA FERMENTATION
II-5 LES MATIÈRES PREMIÈRES
A- la canne à sucre
a- description de la canne
b- préparation du moût
c- analyse chimique
d- milieu de culture
e- l’agitation
f- évolution de la température
g- évolution de la densité
h- durée de fermentation
i- préparation préliminaire et degré alcoolique du vin
j- distillation et résultats
B- L’ananas
a- description de l’ananas utilisé
b- préparation du moût
c- analyse chimique
d- le milieu de culture
e- l’agitation
f- évolution de la température
g- évolution de la densité
h- évolution du pH
i- durée de fermentation
j- préparation préliminaire et degré alcoolique du vin avant distillation
k- distillation et résultats
C- Les litchis
a- Descriptions
b- Préparation du moût
c- Analyse chimique
d- milieu de culture
e- l’agitation
f- évolution de la température
g- évolution de la densité
h- durée de la fermentation
i- le degré alcoolique du vin obtenu
j- distillation et résultats
Chapitre III : LES OPERATION DE RECTIFICATION OU PURIFICATION
III-1 PRINCIPE DE RECTIFICATION
III-2 DIFFÉRENTS RÉSULTATS OBTENUS LORS DE L’OPÉRATION DES
RECTIFICATIONS
III-3 CALCULS DE RENDEMENT
Chapitre IV : RESULTATS DELA CHROMATOGRAPHIE EN PHASE GAZEUSE
IV-1 MISE EN OEUVRE ET CONDITIONS CHROMATOGRAPHIQUES
IV-2 RÉSULTATS
Chapitre V : ETUDE COMPARATIVE DES ALCOOLS
V-1 ASPECTS NUISIBLES ET NOCIFS DES BOISSONS ALCOOLISÉES
a- Normes ou législations concernant l’alcool et le non alcool contenu dans l’eau- de Vie
b- Les substances toxiques contenues dans les boissons alcoolisées
V-2 ETUDES COMPARATIVES
TROISIEME PARTIE : ESTIMATION ECONOMIQUE PRELIMINAIRE
I – ENVIRONNEMENT GENERALE
II- CALCUL ECONOMIQUE
II-1 Les éléments d’investissement
A- l’investissement unité
B- le capitale fixe
C- nombre d’opération
II-2 les frais opératoires
A- Charges variables
B- Main d’oeuvre
II-3 l’amortissement
II-4 étude de la rentabilité du projet
A- le temps de retour ou POT
B- Le bénéfice actualisé ou VAN
C- Le taux de rentabilité interne ou TRI
conclusions partielles
III- EVALUATION DE LA FERMENTEUR FABRIQUE AVEC UN ACIER INOXYDABLE
CONLUSION
BIBLIOGRAPHIE

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