CHAPITRE Vil

SACCHARIFICATION ET ALCOOLISATION DES MATIÈRES AMYLACÉES PAR LE PROCÉDÉ COLLETTE ET BOIDIN

L'alcoolisation des matières amylacées par le procédé Collette et BoiDiN, qui est basé sur l'emploi de mucédinées ou moisissures, semble, bien qu il ne soit encore que de date toute récente, devoir acquérir, dans un avenir très prochain, une énorme importance industrielle.

C'est pour cela que nous avons consacré à ce procédé un chapitre particulier, et aussi parce qu'il ne pouvait que difficilement trouver place dans l'un des autres chapitres.

Des travaux sur l'emploi des mucédinées en distillerie ont été publiés dans ces derniers temps par Boidln et Rolants*, L. Lévy^, A. Fernbach'*, Delbrûck% Boidin% etc. Ce sont ces travaux qui nous ont surtout servi pour la rédaction de l'exposé qui va suivre.

I — Saccharification et alcoolisation de Tamidon

par les mucédinées.

On connaît actuellement un certain nombre de mucédinées qui jouissent de la propriété de transformer le sucre en alcool et acide

* Ce chapitre n'existe pas dans Tédition allemande.

* La bière et les boissons fermentées, 1897.

* Du rôle des inoisissures en dislillene, in Bulletin de rAssociation des chimistes de sucrerie et de distillerie, 1898, t. XV, p. 998.

* L'Amylomyces Houxii et son emploi en distillerie^ Procédé de MM. Collette et BoiDiN, in Annales de la Brasserie et de la Distillerie, n» du 25 juillet 1898.

■ L'emploi des mucédinées en distillerie, in Zeitschrift fur Spiritusindustrie et Annales de la Brasserie et de la Distillerie, n* du 25 février 1899.

* Sur les mucédinées en distillerie. Procédé Collette et Boidin, in Bulletin de rAssociation des chimistes de sucrerie et de distillerie, 1899, t. XVI, p. 862.

carbonique, lorsqu'elles vivent immergées à l'abri de l'air, et qui se comportent ainsi exactement comme la levure ordinaire ; mais, lorsqu'elles vivent au contact de Tair, elles brûlent au contraire le sucre en le convertissant intégralement en eau et acide carbonique ^

Cette propriété a été mise en évidence pour la première fois par Pasteur, dans ses expériences sur le Miicor racemosus^ qui cul« tivé, sur des moûts de bière et ensuite immergé au seindu liquide, ne tarde pas à produire la fermentation du sucre. La même chose a lieu avec VAspergillus ou Eurotium orizx^ qui est employé au Japon pour préparer un ferment particulier, appelé kdji, lequel sert ensuite pour la fabrication du saké ou vin de riz^ et il en est aussi de même avec les Mucors altenians, spinosus et circinelloïdes, étu* diés par Gayom, le Chlamydomncor orizœ de Priksën Geerligs, qui est employé à Java pour la fermentation des mélasses, VAspergillus Wentiiy qui sert à préparer le soja japonais, YEurotiopsis Gayoni examiné par Laborde, V Amylatuyces Rotixii de Calmette et enfin les Mucors ^ et y récemment étudiés par Boidin et Mocsain et dont le premier est actuellement employé dans le procédé d'alcoolisation qui fait l'objet de ce chapitre.

Mais si toutes ces moisissures présentent la propriété de fabriquer de Talcool, lorsqu'elles sent placées dans certaines conditions, on constate aussi qu'elles en produisent des quantités inégales, et cela pour plusieurs raisons, dont la principale est, suivant Fernbach, qu'elles sont plus ou moins gênées par la présence de l'alcool, de sorte que, quand elles en ont formé une certaine proportion, variable pour chacune d'elles, leur action se trouve forcément paralysée. Cependant, d'après de récentes expériences '^effectuée à Seclin, dans la distillerie Collette, la présence de l'alcool dans le moût en certaines proportions ne serait pas la cause de l'arrêt de la fermentation ; cet arrêt tiendrait plutôt à ce que certaines mucédinées produisent beaucoup plus d'acide que d'autres, ce qui gêne leur action ultérieure sur l'amidon et les dextrines. C'est précisément pour cela que YAmylomyces Aouxiij

* Les organismes qui peuvent vivre indifféremment dans ces deux conditionB différentes forment une classe intermédiaire entre les aérobies, qui ont besoin de l'oxygène de l'air pour vivre et les anaérobies, qui vivent en Tabseuce de Toxygéue ; on les a désignés sous le nom ô!anaérobies facultatives.

employé tout d'abord dans le procédé Collette et Boidin, ne réussit pas avec des moûts épais, que fait au contraire fermenter complètement le Mucor ^, qui ne forme par litre de moût que 0,75 gr. environ d'acide, tandis que VAmylotnyces en produit dans un même volume de moût 1,45 gr. en moyenne ^ Dans la quantité de sucre qu'elles brûlent, il y a également de grandes difTérences, et comme le sucre brûlé est soustrait à la fermentation alcoolique, on remarque de grandes variations dans le rendement en alcool qu'elles peuvent fournir.

Mais la propriété de faire fermenter le sucre, comme le fait la levure ordinaire, n'est pas la seule que possèdent ces mucédinées; elles peuvent aussi, et c'est précisément ce qui peut leur donner une importance industrielle, saccharifîer l'amidon à l'aide de diastases spéciales, de sorte que si on les introduit dans un milieu nutritif amylacé, elles convertissent l'amidon en alcool, aprèsl'avoir saccharifié, et elles peuvent ainsi, sans autre intervention, remplir le rôle que jouent séparément et successivement le malt et la levure. Une moisissure qui présentera des propriétés sacchariQantes énergiques, en môme temps que des propriétés comburantes faibles, pourra évidemment, si elle ne forme pas trop d'acide, être utilisée pour l'alcoolisation industrielle des matières amylacées. Ces propriétés remarquables se rencontrent en partie dans VAmylomyces Rotixii et intégralement dans le Mucor ^^.

Le procédé Collette et Boidln ayant pour point de départ l'emploi de VAmylomyces Rouxiiy isolé par Calmette de la levure chinoise, nous nous occuperons tout d'abord de cette moisissure, dont Calmette ' décrit, à peu près de la manière suivante, l'origine et les propriétés.

Origine et propriétés de VAmylomyces Rouxii. — En Chine et en Indo-Chine, on fabrique avec le riz différentes sortes de boissons

* Voyez plus loin, p. 372.

* L'emploi de VAspergillus orizsSy proposé par Takamine en 1894, pour la saccharification des grains, n'a pas répondu aux espérances conçues par son promoteur, parce que les propriétés comburantes de cette moisissure sont tellement énergiques que celle-ci détruit beaucoup trop vite une grande quantité du sucre formé aux dépens de lamidon.

' Annales de Vlnstilul Pasteur, 1892, p. 604*

alcooliques, à Taide d'un ferment spécial beaucoup plus actif que le koji japonais, avec lequel il a été confondu par les différents auteurs qui en ont fait mention. Ce ferment, constitué par la symbiose d'une moisissure et de plusieurs variétés de levures alcooliques, saccharifie Tamidon cuit avec une très grande énergie. Sa fabrication est le monopole de quelques industriels chinois; le procédé employé par ces derniers est absolument inconnu des distillateurs indigènes. Ce ferment, désigné par les Européens sous le nom de levure chinoise, se trouve dans le commerce sous la forme de petits gâteaux aplatis, à peu près du diamètre d'une pièce de cinq francs et offrant une surface granuleuse de couleur grisâtre. Leur base est incrustée de fragments de balles de riz '.

* La levure chinoise est préparée à Saigon de la maDière suivante : Un mélange (Je quarante-six plantes aromatiques finement pulvérisées est versé dans une auge circulaire avec parties égaies de farine de riz et la masse ayant été triturée avec soin et convertie en un mélange bien homogène, on la porte dans une terrine, où elle est malaxée avec de Teau jusqu'à consistance de p&te molle. On coule ensuite cette pâte en petits pains, qu'on dispose sur des nattes, couvertes d'une mince couche de balles de riz humectées d'eau. Les naltes recouvertes de paillassons sont placées dans une pièce obscure. Au bout de quarante-huit heures, à la température moyenne de dO» qui règne à Saigon, le développement des germes est achevé. La pâte restée humide est ensuite exposée au soleil, jusqu'à dessiccation complète, puis vendue aux distillateurs.

Ces derniers emploient pour ÏOl fabrication de Valcool 1,5 kg. environ de levure chinoise par 100 kg. de riz (de préférence la variété désignée sous le nom de nép, qui contient 80 à 83, 6 p. 100 d'amidon) et avec cette quantité ils obtiennent 60 litres environ d'eau-de-vie à 36', soit un rendement moyen de 18 litres d'alcool pur. Le riz décortiqué est d'abord cuit dans une chaudière avec son poids d'eau, jusqu'à ce que le grain sécrase facilement entre les doigts. On Tétale alors en couches minces sur des nattes pour le laisser refroidir et on le saupoudre de levure pilée au mortier. On le répartit ensuite dans des pots de terre de 20 litres environ de capacité, mais en ne iss remplissant qu'à moitié, et on les ferme avec un couvercle. Au bout de trois jours, la saccharification de l'amidon est achevée ; on finit de remplir les pots avec de Teau du fleuve et on les laisse découverts. La fermentation alcoolique s'établit rapidement et dure deux jours, au bout desquels on distille la masse dans des alambics en tôle chauffés à feu nu.

A la suite de ses études sur VAmylomyces^ Calmettb a été conduit à améliorer considérablement le mode de travail des Chinois, aussi bien pour la préparation de la levure que pour celle de l'alcool, en procédant de la manière suivante :

Le riz est d'abord chauffé à iOO« avec une fois et demie son poids d'eau pendant deux heures environ et il est ensuite étalé en couches minces sur des nattes ; lorsqu'il est refroidi, on le saupoudre avec de la levure chinoise pure, obtenue en cultivant sur du riz de VAmylomycea à l'état pur. On répartit ensuite la masse dans des pots en terre cuite, que l'on ne remplit que jusqu'au tiers de leur capacité, )>uis on couvre les pots et au bout de trois jours la saccharification est achevée ; on les remplit alors avec de l'eau, on y ajoute de la levure, on les laisse découverts et la fermentation qui se déclare rapidement est terminée au bout de quarante-huit heures. 11 ne reste plus maintenant qu'à distiller la liqueur alcoolique ainsi obtenue. En opérant d'après ce procédé, on retire de 100 kg. de riz à 73 p. 100 d'amidon 30 à 36 litres d'alcool pur, par conséquent une quantité bien plus grande qu'avec la méthode chinoise primitive.

Pour découvrir Tagent qui, dans la levure chinoise, transforme Tamidon du riz en alcool, Calmette a délayé un peu de cette matière avec de Teau stérilisée et il a ensemencé quelques gouttes de la dilution dans un moût de bière gélatinisé ; parmi les colonies de moisissures développées dans ces cultures, les quatre cinquièmes étaient toujours constitués par une espèce spéciale, qui était précisément VAmylomyces Rouxii. C'est la seule espèce qui se retrouve toujours et en proportion prédominante dans la levure chinoise ; les autres organismes variaient en quantité et en qualité avec chaque échantillon examiné et, tandis que leur présence semblait être purement accidentelle, celle de X Amylomyces était si constante que Calmette a été naturellement conduit à lui rechercher une origine également constante, qu'il a trouvée dans la balle de riz, dont sont incrustés les pains de levure chinoise; il a, en effet, constaté qu'on pouvait obtenir d'emblée des cultures pures de la moisissure en ensemençant dans le moûl gélatinisé de Teau stérilisée ayant servi au lavage des grains.

Afin de caractériser ÏAmylomyces, une fois son origine reconnue, il a fallu étudier l'aspect de ses cultures et ensuite déterminer son rôle en soumettant à un examen minutieux ses propriétés physiologiques.

Les milieux de prédilection de VAmylomyces Rouxii sont, dit Calmette, le moût de bière liquide ou solidiGé par la gélatine ou Tagar-agar, et surtout les matières amylacées cuites à la vapeur. Noyée dans le moût de bière, la moisissure se développe en masses floconneuses et produit une petite quantité d'alcool (2,4 p. 100 en six jours). Si on la laisse se développer seulement en surface, elle brûle directement le sucre du moût sans produire d'alcool. Sur le riz cuit ou les fécules hydratées par la chaleur humide, elle étale un mycélium aérien et transforme partiellement en sucre la couche d'amidon sous-jacente, mais le sucre formé est aussitôt utilisé pour l'alimentation de la moisissure, tant qu'elle continue à s'accroître au contact de l'air. Si au contraire on l'oblige à se développer en profondeur dans la substance amylacée, à Tabri de l'air, elle hydrate l'amidon avec une grande énergie et produit de la dextrine et du sucre fermentescible. Parmi les organismes isolés par Calmette sur le moût gélatine, VAmylomyces est le seul qui

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possède à un si haut degré le pouvoir de saccharifier l'amidon ; c'est donc à cette moisissure que l'on doit attribuer le principal r61e dans l'action complexe qu'exerce la levure chinoise sur le riz cuit.

L'étude du développement de YAmylomyci-s peut être faite avec facilité, soit par ensemencement en gouttes suspendues dans du moût de bière, soit par emprisonnement d'un rameau de mycélium dans de l'agar-agar glucose, eo chambre humide.

Au contact de l'air, sur les bords de la gouttelette suspendue,

Fig. Si. — CuloDîe* d'Aïuylomyces Rouxii sur moùl gêlatinisÉ.

le tube mycélien s'allonge peu ; il se divise bientôt en cloisons transversales au niveau desquelles le protoplasma, très réfringent, s'amasse pour former des conldies. Au début, celles-ci ont une forme cubique, puis elles s'arrondissent, mais ne s'isolent pas du rameau qui leur a donné naissance et se prolonge au-dessus d'elles pour former un peu plus loin une ou plusieurs autres conidies semblables. Dans les cultures profondes en moût gélatine, partout où le mycélium échappe au contact direct de l'air, il s'accroit par bourgeonnement direct, étalant en tous sens ses ramilications tubuleuses, dans l'intérieur desquelles on peut facilement suivre (à un grossissement do 250 diamètres) la progression du protoplasma, mais il n'apparaît aucune conidie. Noyé dans un liquide renfermant du sucre, de la dextrine ou de l'amidon, VAmylomyces ne se développe qu'en mycélium rameux, sans donner des cel-

Iules ovales ou sphériques en forme de levure, comme le Mucor racemosus ou le Mucor altenïans.

Les divers aspects de culture de Y Amylomyces Rouxii sont

Fig. 95. — Amylomyces Rouxii ; culture aérobie.

représentés par les figures 94, 95 et 96. La figure 94 donne l'aspect de colonies sur moût gélatine ; la figure 95 montre la formation des conidies mycéliennes dans la culture aérobie, enfin la figure 90

¥ïg. 9G. — Amylomyces Rouxii ; culture anaérobie.

représente le mode de segmentation en gemmes du .mycélium dans la culture anaérobie ou en profondeur dans les milieux liquides. \j^ Amylomyces Rouxii doit ses propriétés saccharifiantes à la sécrétion d'une diastase analogue à Tamylase du malt et que Calmette a isolée des cultures de la mucédinée.

Dans rimportant mémoire de Calmette qui vient d'être résumé, on trouve, dit Fernbach, l'explication de la faiblesse du rendement en alcool obtenu par les distillateurs chinois, dont le travail est imparfait et dont la levure, par suite de son mode de préparation, apporte en outre de nombreux organismes inutiles ou nuisibles (voy. la note de la page 367). En effet, Calmette, opérant dans des conditions de pureté absolue avec YAmylomyces et une levure de pale aie sur 1 "kilogramme de riz, est arrivé à un rendement de 49,9 p. iOO d'amidon. Cette expérience devait être le point de départ du procédé imaginé par Collette et Boidin ; mais, avant de décrire ce procédé, il est nécessaire de faire suivre ces considérations préliminaires, déjà longues, mais indispensables, de quelques notions également importantes, car jusqu'ici, comme le fait remarquer Fernbach, nous n'avons vu qu'exceptionnellement VAmylomyces jouer le rôle de ferment alcoolique ; il s'est, en effet, trouvé dans la levure chinoise, de même que, dans Texpérience de Calmette mentionnée en dernier lieu, associé à la levure et jusqu'ici c'est surtout de son pouvoir saccharifiant dont il a été question.

BoiDiN et RoLANTs out constalé en 1897 qu'il était possible de cultiver VAmylomyces dans les vinasses de distillerie, montrant ainsi le parti qu'on peut tirer de ces résidus par la transformation en alcool des dernières traces de dextrines qu'ils contiennent. Leurs expériences ont été faites en grand avec des cuves stérilisables dans la distillerie de A. Collette, à Seclin (Nord), et ils ont retiré, avec une dépense relativement faible, d'une cuve de 300 hectolitres de vinasse, 300 litres d'alcool à 90° *.

L'emploi de YAmylomyces pour la fermentation des vinasses a permis de déterminer exactement les conditions et les exigences de la culture en grand de cette moisissure, ainsi que la manière d'opérer pour obtenir un rendement alcoolique aussi grand que possible. Il a en même temps permis de résoudre la difficulté

* A la même époque, Sanguinetti {Annales de Vlnstitul Pasteur, mars 1897) s'est livré à une étude comparative de V Amylomyces Rouxii et de ÏAspergillus orizœ et il a constaté que dans les moûts de grains, VAmylomyces donne le plus d*alcool avec le minimum de perte, tandis que YAsperyillus épuise presque complètement le milieu de culture, en détruisant même Talcool formé. Avec les vinasses et VAmylomyces Rouxii, Sanguinetti est arrivé aux mêmes résultats que Boidin et Rolants.

mécanique résultant de la nécessité de la stérilisation parfaite d'un volume de liquide de 300 htl., de façon à éviter le développement dans sa masse de germes étrangers.

Mucor ^. — Comme nous Tavons dit précédemment (p. 366), on ne peut avec YAmylomyces Rouxii faire fermenter complètement que des moûts clairs, marquant seulement 7 à 8** Balling, et il n'est possible, par suite, d'obtenir que des vins avec 4 à 4,5 p. 100 d'alcool. C'est à cause de ce grave inconvénient que Collette et Boidin ont cherché à supprimer le travail à moûts clairs et à remplacer YAmylomyces par une autre mucédinée, isolée par eux du kôji japonais, mais qui, par son aspect et ses propriétés, est complètement différente de Y Aspergillus ou Eurothim orizœ mentionné précédemment (voy. p. 365, et la note 2 de la page 366) et à laquelle ils ont donné le nom de Mttcor ^. Cette moisissure permet de travailler avec des moûts à 16-17^ Balling, qui après fermentation renferment 8 à 9 p. 100 d'alcool.

Cette différence d'action des deux mucédinées tient, comme nous l'avons déjà fait remarquer, à ce que YAmylomyces forme beaucoup plus d'acide que le Mucor ^, ce qui gène son action ultérieure sur l'amidon et les dextrines.

Les quantités d'acide produites par YAmylomyces dans un moût fermenté, contenant 4 à 4,5 p. 100 d'alcool, sont égales à 1,40- 1,50 gr. par litre, tandis que le Mucor ^, dans un moût avec une richesse alcoolique de 8 à 9 p. 100, elles ne s'élèvent qu'à 0,70- 0,80 gr. par litre, en supposant dans l'un et Tautre cas une acidité initiale de 0,20 à 0,30 gr. par litre ^

Le Mucor ^ ayant des tubes qui ne se sectionnent pas comme ceux de YAmylomyces y il faut pour l'employer ensemencer ses spores, et, de cette façon, on peut obtenir sous un poids très faible un nombre considérable de petites plantes pour envahir rapidement le moût. Il est représenté par les figures 97 et 98. La figure 97 montre les tiges du Mucor ^ avec leur sporange (vie aérobie du mucor) et la figure 98 le mycélium (vie anaérobie du mucor) avec des spores à différents degrés de développement.

* Comumnication verbale de M. Mousain, chimiste de la Société Amylo.

Cette mucédinée doit être utilisée exactement comme YAmylomyces Rouxii. L'usine de Seclin et un grand nombre d'autres distil-

Fig. 97. — Mucor p (vie aérobie) ; tiges avec leur sporange, --p- •

leries» par exemple celle de Melle (Deux- Sèvres), fonctionnent actuellement avec le Mucor ^. A Seclin, on opère sur des moûts

Fig. 98. — Mucor p; 1, spores répandues dans le liquide; 2, spores gonQées prêtes à germer ; 3, spores germées ; 4, mycélium (vie anaérobie). -— •

à 18 kg. de grains par hectolitre, et on peut travailler, comme cela a eu lieu à Huy, près Anvers, avec des moûts à 25 kg.

Collette et Boidln ont également isolé dans ces derniers temps une autre mucédinée intéressante, qu'ils ont appelée Mucor y; ils

Font rencontrée sur un échantillon de riz provenant du Tonkin. Cette moisissure qui offre beaucoup de ressemblance avec le Mticor ^, donne des atténuations de 1/10 à 2/10 de degré Balling plus fortes que le ^ ; elle ne produit qu'une acidité de 0,70 gr. par litre en fin de fermentation dans des moûts à 18 kg. par hectolitre; elle pourrait être utilisée pour augmenter les rendements.

Enfin, Collette et Boidin ont tout récemment constaté que Ton peut employer aussi le Mucor racemosus.