Temps de fermentation de saccharomyces cerevisiae

[inviteed55ba7f]

Bonjours à toute et à tous

Je viens vers vous pour répondre à une interrogation que je n'arrive pas résoudre. C'est à propos de la fermentation alcoolique.

Posons d’abord quelque paramètre. Nous avons dans un réacteur :

• saccharomyces cerevisiae
• 10Kg de glucose
• 10L d'eau distillé
• sel nutritif
• Milieu anaérobique strict
• Température du milieu à 32°C

Nous savons que la levure va transformer le sucre en CO2 et en éthanol jusqu'à supporter une valeur d'environ de 22% d'éthanol dans le milieu. Si plus, elle meurs.

Ma question est la suivant: Combien de temps mettra t'elle pour atteindre cette valeur dans des questions parfait?

Merci par avance pour vos réponse et aide.
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[Flyingbike]

1: vous etes sur du 22% EtOH ? a mon avis elle claque avant

2: pas sur que la réponse soit possible, d'autant qu'on ne sait rien de la quantité de S cerevisiae

[inviteed55ba7f]

Flyingbike dit:
1: vous etes sur du 22% EtOH ? a mon avis elle claque avant

Je l'ai lu quelque part sur le web. J'aurais du mettre cette valeur entre guillemets. Mais je sais que certain industriel utilise des levures avec un rendement en éthanol et une résistance pouvant atteindre ce taux.

Flyingbike dit:
2: pas sur que la réponse soit possible, d'autant qu'on ne sait rien de la quantité de S cerevisiae

C'est vrai que j'aurais du rajouté la quantité de levure introduite. Mais j'ai aussi lu que peux importe la quantité que l'on ajoute, du moment qu'il y a du substrat, la levure continuerais à se diviser indéfiniment.
Mais posons que l'on à 1kg de levure.

Je me souviens d'un cours que l'on m'a dispensé à la fac ou notre professeur nous disais que l'on pouvait faire une analogie avec l’équation de michaelis-menten (équation de vitesse enzymatique). Cela vous dit quelque chose?

[RomVi]

Bonjour

Le degré maximal atteint dépend de la souche sélectionnée, il y a en réalité un grand nombre de S.C. différentes. La souche pour panification par exemple atteint 8 à 10° maxi, la souche pour le champagne environ 15°, et il existe en effet certaines souches capable de dépasser 20°.

C'est vrai que j'aurais du rajouté la quantité de levure introduite. Mais j'ai aussi lu que peux importe la quantité que l'on ajoute, du moment qu'il y a du substrat, la levure continuerais à se diviser indéfiniment.

Pour se multiplier la levure doit disposer d'O2, généralement elle le fait en début de fermentation en consommant l'O2 solubilisé. Pendant cette phase elle va décomposer les sucres en CO2+eau et ne pas produire d'éthanol. Lorsque l'O2 est consommé la levure produit de l'éthanol et du CO2 en anaérobie. Si on oxygène la cuve a nouveau elle cessera de le faire.

Mais posons que l'on à 1kg de levure.

Je ne suis pas sur que 1kg de levure puisse se solubiliser dans 10 litres d'eau ; la plus grande partie ne sera pas active. Par ailleurs la concentration de sucre est bien trop importante et provoquerait probablement un choc osmotique sur les levures, mais avec des quantités plus réalistes (10 à 20% de sucre) la quasi totalité de la fermentation peut se faire environ en 24h.

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteed55ba7f]

RomVi dit :
Je ne suis pas sur que 1kg de levure puisse se solubiliser dans 10 litres d'eau ; la plus grande partie ne sera pas active. Par ailleurs la concentration de sucre est bien trop importante et provoquerait probablement un choc osmotique sur les levures, mais avec des quantités plus réalistes (10 à 20% de sucre) la quasi totalité de la fermentation peut se faire environ en 24h.

Mince, j'avais pas pensé au choc osmotique. Merci de me rafraichir la mémoire et de l'information. Donc elles consommeraient 200g en 24h. S'est noté. C'est l'info que je chercher tant.

RomVi dit :
Pour se multiplier la levure doit disposer d'O2, généralement elle le fait en début de fermentation en consommant l'O2 solubilisé. Pendant cette phase elle va décomposer les sucres en CO2+eau et ne pas produire d'éthanol. Lorsque l'O2 est consommé la levure produit de l'éthanol et du CO2 en anaérobie. Si on oxygène la cuve a nouveau elle cessera de le faire.

En faite, elle se multiplie dans les deux cas (aérobie et anaérobie) sauf que les voies métaboliques sont différente. Je sais que il est préférable d'avoir un peu de dioxygène dans le milieu car en entrant en aérobie, elle synthétise des stéroïdes qui lui permette d'augmenter ça résistance à l'éthanol.

Donc, pour vous, quel serai la meilleurs concentration ou masse de S.C pour un volume total de 10L?
Pensez-vous qu'il peut avoir un lien proportionnel entre la concentration de S.C et la quantité de sucre que je peux introduire? (je sais pas si je me fait bien comprendre avec cette question.)

[RomVi]

Non la concentration de levure va juste influencer la cinétique de fermentation, pas le degré potentiel final. En introduisant une petite quantité de levure dans un milieu peu oxygéné la fermentation peut prendre plusieurs semaines mais atteindre un degré élevé.
A titre de comparaison quand je fais des petits batch de bière (20 à 30 litres) j’ensemence avec un sachet de 6 grammes de levure sèche et la fermentation primaire prend 4 à 5 jours à température ambiante.

[inviteed55ba7f]

RomVi dit :
Non la concentration de levure va juste influencer la cinétique de fermentation, pas le degré potentiel final. En introduisant une petite quantité de levure dans un milieu peu oxygéné la fermentation peut prendre plusieurs semaines mais atteindre un degré élevé.
A titre de comparaison quand je fais des petits batch de bière (20 à 30 litres) j’ensemence avec un sachet de 6 grammes de levure sèche et la fermentation primaire prend 4 à 5 jours à température ambiante.

Donc si j'ai bien compris, même en augmentant la concentration de S.C, cela ne va pas augmenté le taux d'ethanol mais juste me permettre d'y arrivais plus vite. Est-ce que c'est ça?

[RomVi]

Oui, le degré maximal est plutôt fonction que de la souche de levure.

[inviteed55ba7f]

Parfait. Merci des informations hehehe.

Juste une dernière question et après j’arrête d’embêter. Pour un réacteur de 10L en batch, combien je peux mettre de masse de S.C? Sachant que j'ai un sac de 20kg de sucre et que je veux tout transformer.

Merci encore RomVi de ton aide^^.

[agitateur]

Salut,

En milieu jus de raisin ( et pas flotte ), tu ne peux pas vraiment dépasser 16 % vol en alcool. En à partir de 13 ou 14, ça va commencer à ramer sévère même avec une souche bien choisie.

En conditions standard, on fait un ensemencement à 20 grammes de levure sèche active ( LSA commerciale ) pour un hectolitre de moût. Si tu utilises un forme humide, il en faut nettement plus mais là je sais pas combien.

Attention à la nutrition, une seule source azotée ( azote minéral ) ne sera pas suffisante pour créer de la biomasse rapidement. Dans une solution comme la tienne ( disons fortement acqueuse ), tu pourrai utiliser un activateur dit "organique" qui est un lysat de cellule, donc complet ( pas que l'azote minéral ).
Il faut des facteurs de croissance ( azote, vitamines dont la principale carence en fermentation peut être la thiamine, etc... ) mais aussi des facteurs de survie. En ce sens, l'oxygène est ( entre autre ) nécessaire pour la synthèse des stérols et acides gras. Une première oxygénation du milieu sera bienvenue en début de F°, et une autre avant la fin si ça rame.

Dans ces conditions optimales, un moût à 12% potentiel peut plier sa fermentation alcoolique en 3 jours.

Il est inutile de mettre "trop" de S C, ça n'ira pas pplus vite ni plus loin.

[inviteed55ba7f]

agitateur dit :
En conditions standard, on fait un ensemencement à 20 grammes de levure sèche active ( LSA commerciale ) pour un hectolitre de moût. Si tu utilises un forme humide, il en faut nettement plus mais là je sais pas combien.

20 grammes de levures pour 100L. C'est peux je trouve.

agitateur dit :
Attention à la nutrition, une seule source azotée ( azote minéral ) ne sera pas suffisante pour créer de la biomasse rapidement. Dans une solution comme la tienne ( disons fortement acqueuse ), tu pourrai utiliser un activateur dit "organique" qui est un lysat de cellule, donc complet ( pas que l'azote minéral ).
Il faut des facteurs de croissance ( azote, vitamines dont la principale carence en fermentation peut être la thiamine, etc... ) mais aussi des facteurs de survie. En ce sens, l'oxygène est ( entre autre ) nécessaire pour la synthèse des stérols et acides gras. Une première oxygénation du milieu sera bienvenue en début de F°, et une autre avant la fin si ça rame.

Je me douté que les conditions que j'impose m'obligera à rajouté des nutriments nécessaire qu'un moult apporte en temps normal.

agitateur dit :
Dans ces conditions optimales, un moût à 12% potentiel peut plier sa fermentation alcoolique en 3 jours.

Donc, les 20kg seront plier en 3 jours? C'est ça ou j'ai mal compris?

[RomVi]

Pour un réacteur de 10 litres tu peux mettre de 1 à 5g, la quantité n'est pas critique. En guise d'apport beaucoup utilisent du concentré de tomate. L'hydrolyse du sucre et un pH légèrement acide favorisent fortement la fermentation.

Avec une levure fraiche on utilise généralement 2 fois plus de quantité.

En fermentation de vins on ne dépasse pas 15/16° parce qu il s'agit de souches sélectionnées pour ce produit spécifiquement (on favorise le développement des arômes), on ne monte jamais à ces degrés. Les levures permettant de monter à 20° ne sont sélectionnées que dans ce but, et cela se fait au détriment de la qualité du produit fini (forte production d'alcool isoamylique qui est déterminant en gustatif)

[agitateur]

La question est de savoir quelle souche a dashil.
Avec une souche inconnue, la souche peut crever à 10% vol en alcool ou même beaucoup moins.

Donc, les 20kg seront plier en 3 jours? C'est ça ou j'ai mal compris?

Potentiellement, oui.
Si bonne conditions.

17 grammes de sucre dans 1 litre feront 1% volume en acool. Je te laisse calculer la quantité d'eau pour faire çà en une fois avec 20 Kg de sucre, si tu vises un potentiel de 12% en fin de F°.......( 12 c'est raisonnable avec souche sélectionnée pour fermentation de vin ).

[inviteed55ba7f]

agitateur dit:
La question est de savoir quelle souche a dashil.
Avec une souche inconnue, la souche peut crever à 10% vol en alcool ou même beaucoup moins.

Effectivement, précisons. Nous somme un industriel et nous avons une souche de S.C qui résiste à 20-22% d'éthanol dans le milieu.
Notre but est de produire (récupérer) uniquement l’éthanol. J'achète ma matière premier (le sucre) en gros.

agitateur dit :
17 grammes de sucre dans 1 litre feront 1% volume en acool. Je te laisse calculer la quantité d'eau pour faire çà en une fois avec 20 Kg de sucre, si tu vises un potentiel de 12% en fin de F°.......( 12 c'est raisonnable avec souche sélectionnée pour fermentation de vin ).

Alors le calcule et résultat que j'obtient est :

• 17g ---> 1L donc pour 20 000g ---> 1176,47L
• 1L me donnera 1% du volume cad 10mL d'éthanol donc 1176,47L me donnera 11,8L d'éthanol.

Est-ce que c'est ça pour une souche à 12°?

Comment a tu trouvé la valeur de 17g pour 1L? C'est dans la littérature?

Merci encore.

[RomVi]

Industriellement il n'est pas intéressant d'utiliser de telles levures, car la dépense énergétique est plus importante pour séparer les composés indésirables. On vise plutôt 10 à 12° avec des levures sélectionnées pour produire un éthanol plus pur.

Comment a tu trouvé la valeur de 17g pour 1L? C'est dans la littérature?

Une mole de sucre (342g) donne 4 moles d'éthanol (4 x 46 = 184g), soit 53% de la masse initiale. En pratique le ratio est inférieur à 50% car on forme d'autres composés, donc 17g de sucre vont donner environ 8g d'éthanol, soit 10ml.

[inviteed55ba7f]

RomVi dit :
Industriellement il n'est pas intéressant d'utiliser de telles levures, car la dépense énergétique est plus importante pour séparer les composés indésirables. On vise plutôt 10 à 12° avec des levures sélectionnées pour produire un éthanol plus pur.

Je ne comprend pas. Industriellement c'est plus intéressant d'utiliser une souche à 10-12° que une souche à 20-22°?

[agitateur]

17 grammes de sucre dans 1 litre donneront 1% vol en alcool.
Avec 204 grammes ( 17x12 ) dans 1 litres, tu aura 12% vol.
Avec 100 fois plus de sucre, il faudra 100 fois plus d'eau.
Donc 20 Kilos 400 pour 100 litres....On est donc loin des 1000 litres et quelques.

Le rendement théorique est de 16,83 grammes pour 1%. D'ailleurs, c'est la valeur retenue par les douanes pour la chaptalisation et le calcul de l'enrichissement maximum autorisé ( exprimé en % alcool ).
En pratique, ça tourne autour de cette valeur, selon le rendement de la souche, le démarrage de la fermentation ( si ça rame au début on favorise la F° glycéro puryvique avec plus de glycérol mais moins d'alcool ), etc...Avec 17 grammes, tu ne sera pas loin de la réalité pratique.

Industriellement, on préfère travailler dans les pleines capacités de la levures plutôt que de la pousser à la limite. En réalité, je doute qu'une souche arrive à 22, premier point. Ensuite, vers la fin de la fermentation, le métabolisme partira dans tous les sens ! Tu formera pléthore de composés indésirables. Ton rendement en alcool va baisser, tu aura plein de composé autres dans ta solution, et la gestion de la fin de fermentation sera trop compliquée, trop lente, trop chère, trop hasardeuse. D'ailleurs, en fermentation en industrie, on travaille avec des fermenteurs continus: du substrat frais arrive en permanence, et en permance aussi on retire du milieu fermenté ( on travaille donc à volume constant )

[RomVi]

Je ne comprend pas. Industriellement c'est plus intéressant d'utiliser une souche à 10-12° que une souche à 20-22°?

Oui, il faut environ la même quantité d’énergie pour récupérer l'éthanol d'un mélange à 10 ou 20°, de plus les levures capables de monter à 20° se renouvellent assez mal, elles sont plutot conçues pour effectuer un cycle de fermentation puis ne pas être réutilisées. Par ailleurs elles forment plus de composés indésirables, en particulier du méthanol qui demande beaucoup d’énergie pour être séparé, les levures utilisées actuellement en process n'en produisent quasiment pas, et enfin elles sont plus sensibles à la contamination ce qui est un point crucial car le mout des sucreries/distilleries est loin d’être propre...
Toutefois le développement de nouvelles levures est un sujet récurent dans les centres de recherche, j'ai vu plusieurs conférences sur le sujet chez ARD : http://www.a-r-d.fr/

[inviteed55ba7f]

RomVi dit :
Une mole de sucre (342g) donne 4 moles d'éthanol (4 x 46 = 184g), soit 53% de la masse initiale. En pratique le ratio est inférieur à 50% car on forme d'autres composés, donc 17g de sucre vont donner environ 8g d'éthanol, soit 10ml.

Merci. J'ai mis du temps mais j'ai compris.

agitateur dit :
17 grammes de sucre dans 1 litre donneront 1% vol en alcool.
Avec 204 grammes ( 17x12 ) dans 1 litres, tu aura 12% vol.
Avec 100 fois plus de sucre, il faudra 100 fois plus d'eau.
Donc 20 Kilos 400 pour 100 litres....On est donc loin des 1000 litres et quelques.

Si je suis ton raisonnement, il me faudrais 240 000g de sucre dans 1176,5L pour avoir 12°?
Donc notre industriel possédant des réacteurs de 10L devra mettre 2040g de sucre pour avoir 12° dans sa cuve ou bien un réacteur de 1m3 pour transformer ses 20kg. Est-ce que je me suis trompé?

agitateur dit :
Industriellement, on préfère travailler dans les pleines capacités de la levures plutôt que de la pousser à la limite. En réalité, je doute qu'une souche arrive à 22, premier point. Ensuite, vers la fin de la fermentation, le métabolisme partira dans tous les sens ! Tu formera pléthore de composés indésirables. Ton rendement en alcool va baisser, tu aura plein de composé autres dans ta solution, et la gestion de la fin de fermentation sera trop compliquée, trop lente, trop chère, trop hasardeuse. D'ailleurs, en fermentation en industrie, on travaille avec des fermenteurs continus: du substrat frais arrive en permanence, et en permance aussi on retire du milieu fermenté ( on travaille donc à volume constant )

Effectivement si j'ai une Audi dernier crie, je la préserverais mieux en faisant du 90-130 km/h que de la poussait à 250-300 km/h. (petite analogie voiture )

Donc conclusion, notre industriel ferait mieux d'avoir d’énorme réacteur pour transformer ses 20kg de sucre.

[agitateur]

Donc notre industriel possédant des réacteurs de 10L devra mettre 2040g de sucre pour avoir 12° dans sa cuve ou bien un réacteur de 1m3 pour transformer ses 20kg. Est-ce que je me suis trompé?
10 litres pour 2 kilo, oui.
100 litres pour 20 Kg, et donc 200 Kg pour 1m3.

[inviteed55ba7f]

Merci en tout cas pour toute vos réponse RomVi et agitateur