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Procédé de raffinage d'enzymes de type sulfhydrile. ainsi que les produits obtenus par ledit procédé.
La présente invention concerne un procédé de raffinage d'enzymes de type sulfhydrile, en particulier de la papaïne, ainsi que les produits obtenus par ledit procédé.
Les enzymes de type sulfhydrile (aussi connues en anglais comme"thiol proteases") sont des protéases naturelles telles que la bromélaïne, la ficine, la calotropaïne, la mexicaine et la papaïne.
La bromélaine est une enzyme contenue dans l'ananas, en particulier dans le noyau et la tige centrale du fruit.
La ficine est une enzyme présente dans les ficus.
La papaïne est une enzyme naturelle extraite du latex du papayer.
L'activité protéolytique de la papaïne est connue, et exploitée dans de nombreuses applications, par exemple dans les domaines alimentaires (attendrissement de la viande, extraction d'arômes, accélération de procédés alimentaires...), pharmaceutiques, et industriels (nettoyage de filtres industriels, et de lentilles de contact).
Elle est, en particulier, utilisée pour combattre le phénomène de"trouble au froid"de la bière (cette procédure est appelée"chillproofing"en anglais).
L'activité protéolytique de la papaïne n'est pas stable et diminue rapidement dans le temps. De nombreuses tentatives pour stabiliser ou augmenter l'activité de la papaïne ont été réalisées.
On connaît notamment par la demande de brevet GB-A-484,749 un procédé pour préparer une solution active de papaïne qui consiste à ajouter à de la papaïne commerciale sous forme sèche un mélange d'émulsine (ou amygdalase) et d'amygdaline provenant de levures et/ou de
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graines.
Par le brevet US 4,318, 990, on connaît un procédé de séparation de protéases de type sulfhydrile au départ de fluides contenant l'enzyme. Ce procédé utilise un matériel poreux inorganique tel que des particules de dioxyde de titane. Ce brevet ne décrit pas, par contre, un procédé de raffinage d'enzymes au départ de latex. De plus, ce procédé a été mis au point pour permettre la séparation des protéases à des températures ambiantes tropicales.
Tous les procédés classiques de raffinage de la papaïne réalisés jusqu'à présent, le sont traditionnellement sur les lieux mêmes de la culture du papayer (Inde, Zaïre,..). Le cortex des papayes est entaillé pour laisser s'écouler un latex. Ce latex naissant contient une grande quantité de matières insolubles dans l'eau (environ 80%).
Ce latex naissant est alors pressé en paillettes ("flakes").
Ce pressage enlève une grande partie des matières insolubles. Ce latex pressé est particulièrement nauséabond et acquiert une coloration brunâtre.
Avec les procédés de raffinage connus jusqu'à présent, qui utilisent ce latex pressé comme matière première, cette odeur et cette couleur se retrouvent dans le produit fini et on obtient une qualité de papaïne médiocre, dont les utilisations sont limitées.
Il se pose le problème de fournir un procédé de raffinage d'enzymes de type sulfhydrile, et en particulier, de la papaïne, qui puisse être réalisé dans des pays éloignés de ceux où ces enzymes sont récoltées. Il est dès lors nécessaire de trouver une matière première qui puisse être exportée sans pour autant entraîner une diminution de l'activité protéolytique du produit raffiné. En particulier, il est nécessaire de trouver une matière première qui puisse supporter l'exposition à l'air, des températures supérieures à 100C et une atmosphère non sèche, pendant plusieurs jours, sans entraîner ni de perte importante de l'activité des
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enzymes, ni de prolifération microbienne importante.
Il est possible de sécher du latex naissant de papayer pour le transformer en granulés aisément transportables. Ce séchage enlève une grande quantité d'eau du latex naissant mais n'enlève pas les matières insolubles.
Au vu de la grande proportion de matières insolubles qu'il contient, ce latex séché est donc, a priori, une matière première difficile à exploiter pour obtenir de la papaïne raffinée.
On connaît par la demande de brevet espagnol nO 549.835 une description (assez vague) d'un procédé de raffinage à partir de latex séché. Ce procédé nécessite une étape de macération consistant en une lente remise en solution du latex, à température élevée (de l'ordre de 500C). Cette macération peut durer plusieurs jours. Le procédé nécessite également une décontamination importante en fin de procédé.
De plus, le procédé décrit dans cette demande de brevet espagnol ne permet d'obtenir que de la papaïne sous forme liquide avec une activité protéolytique limitée (50 à 200 TU, soit environ 3000 à 12000 NF PU/mg/600).
Une unité TU (Tyrosine Unit) est définie comme étant la quantité d'enzyme qui va permettre la libération d'un microgramme de tyrosine par minute à partir d'une quantité de substrat de caséine dans les conditions de l'essai, ceci en utilisant une droite de référence obtenue à partir d'analyses spectrophotométriques de différentes solutions de concentrations connues en tyrosine.
Une unité N. F. PU (Papain Unit) est définie comme étant la quantité d'enzyme qui permet la libération de l'équivalent d'un microgramme de tyrosine par heure à partir d'une quantité définie de substrat de caséine dans les conditions de l'essai, ceci en utilisant une enzyme de référence pour préparer la courbe standard de référence spectrophotométrique. C'est cette unité qui sera utilisée
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dans la suite du présent texte.
Le procédé décrit dans la demande de brevet espagnol mentionnée ci-dessus. Il requiert, en outre, des conditions de filtration particulières nécessitant l'emploi d'adjuvant de filtration et l'usage de précouches de filtration.
La présente invention a pour but de fournir un procédé de raffinage d'enzymes de type sulfhydrile qui remédie aux inconvénients cités ci-dessus.
Un des buts de la présente invention est aussi de fournir un procédé de raffinage rapide, et permettant de produire un produit raffiné de haute qualité, en particulier à haute activité protéolytique.
En particulier, un des buts de la présente invention est de fournir un procédé de raffinage de la papaïne au départ de tout latex naissant et en particulier au départ de latex séché sous une forme exportable.
Un des buts de la présente invention est aussi de fournir un tel procédé permettant d'obtenir de la papaïne stable, inodore et de coloration claire.
Un autre but de la présente invention est aussi de fournir un tel procédé permettant d'obtenir, au choix, de la papaïne sous forme liquide concentrée ou sous forme de poudre concentrée.
La présente invention a pour objet un procédé de raffinage d'enzymes de type sulfhydrile comportant les étapes suivantes : a) dissolution d'un latex séché dans une solution aqueuse dont le pH est compris entre 5 et 7, sous agitation lente comprise entre 50 à 500 tours/min. et à température comprise entre 8 et 30oC, pendant un temps inférieur à 20 heures, b) filtration du mélange obtenu à l'étape a), c) concentration du filtrat obtenu à l'étape b), d) stabilisation du produit concentré obtenu à l'étape c), le temps total de réalisation du procédé étant inférieur à
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24 heures.
Suivant un mode particulier de réalisation de l'invention, des agents polarisants sont ajoutés à l'étape a) pour accélérer la dissolution. Ces agents polarisants sont choisis, par exemple, parmi les composés suivants : polyol, polyéthylène-glycol, et sorbitol.
D'une manière préférée, des agents salins sont ajoutés à l'étape a) pour accélérer la dissolution. Ces agents salins sont choisis, par exemple, parmi les composés suivants HCl, HSO, les sels de ces acides, les chlorures (tels MgCl,, NaCl), ou Na2SO,.
D'une manière avantageuse, l'étape b) comporte deux filtrations successives : une filtration primaire sur filtre-presse, suivie d'une filtration secondaire destinée à éliminer les petites particules en suspension.
D'une autre manière avantageuse, l'étape c) comporte deux concentrations successives : une concentration primaire par ultrafiltration, suivie d'une concentration secondaire par évaporation sous vide.
Suivant un premier mode de réalisation de l'invention, l'étape d) est une stabilisation du produit sous forme liquide. Cette stabilisation peut être réalisée en mélangeant le produit concentré obtenu à l'étape c) avec un support stabilisant choisi, par exemple, parmi les composés alcooliques.
Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, l'étape d) est une stabilisation du produit sous forme sèche. Cette stabilisation du produit peut consister en un séchage à air chaud, par atomisation, dans une tour de séchage.
Avantageusement, le produit séché obtenu est mélangé avec des excipients neutres compatibles avec les exigences de l'industrie alimentaire et/ou pharmaceutique.
D'une manière avantageuse, le produit stabilisé, que ce soit sous forme liquide ou sous forme de poudre, est
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soumis à un traitement anti-microbien.
Suivant un mode préféré de réalisation de l'invention, l'enzyme de type sulfhydrile est la papaïne et le latex séché est un latex de papayer.
La présente invention à également pour objet une composition stabilisée solide comportant de la papaïne, quasiment inodore, ainsi qu'une composition stabilisée liquide comportant de la papaïne, quasiment inodore et limpide.
La présente invention est illustrée ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation particulier, non limitatif.
EXEMPLE
Du latex naissant est récolté en entaillant le cortex des fruits du papayer. Ce latex est séché, le jour même, pour en éliminer une grande partie de l'eau qu'il contient. Le séchage est réalisé dans un four à air chaud pulsé. Le séchage est réalisé pendant 12 à 18 heures à une température de l'air pulsé de 55 C. La quantité d'eau résiduelle dans le latex séché est d'environ 10% en poids.
Le latex ainsi séché se présente sous forme de granulés et peut être facilement transporté ou exporté. a) Extraction-Dissolution
Le latex ainsi séché sous forme de granulés est dissous dans une solution aqueuse tamponnée à pH 6 dans une proportion de 5% à 25% en poids de latex par rapport au poids total de la solution. La dissolution est réalisée sous agitation lente d'environ 100 tours/min, à la température ambiante de l'eau, soit généralement entre 10 C et 15 C. Le temps de dissolution est inférieur à 18h.
Des agents polarisants et/ou des agents salins peuvent être ajoutés pour accélérer la dissolution. Les
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agents salins sont, par exemple, HCl ou H., SO,, dans des proportions inférieures à 2% en poids par rapport au poids total de la solution. D'autres agents salins peuvent aussi être ajoutés, tels les sels d'HCl ou HSO,, des chlorures (tels MgC12, CaC12), ou Na, SO,. Ces agents salins ont notamment pour but d'améliorer l'électrolyse et d'assurer une fonction réductrice, donc de protection contre l'oxydation.
Des agents polarisants sont par exemple du polyol, du polyéthylène-glycol ou du sorbitol. b) Filtration
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b. 1. Filtration primaire
La filtration du mélange obtenu à l'étape a) se fait par passage direct sur un filtre-presse dont la texture des toiles est adaptée à la qualité de la matière première (surface filtrante : 1 m2/15 kg d'insolubles à séparer). La filtration se fait avec ou sans adjuvant de filtration et avec ou sans précouche, à température ambiante (15 à 200C) et sous une pression supérieure à 3 kg/cm2. b. 2. Filtration secondaire
Cette filtration est destinée à éliminer les petites particules en suspension.
Elle se fait à température ambiante, sur un filtre polisseur à membranes filtrantes (aussi appelé filtre finisseur) dont le diamètre des pores est inférieur à 0.4 micron. c) Concentration cette opération peut se faire en deux phases successives modulables selon les caractéristiques demandées pour la papaïne raffinée. En variante, on peut aussi réaliser directement la concentration par évaporation sous vide, sans concentration primaire par ultra-filtration.
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c. 1. Concentration primaire
Cette opération est réalisée par ultrafiltration.
Elle met en oeuvre une recirculation cyclique du filtrat obtenu en b. 2. à travers une série de membranes spiralées dont les caractéristiques peuvent être aisément adaptées par l'homme du métier en fonction du produit fini souhaité.
Cette première concentration permet d'obtenir un liquide de concentration variable suivant les souhaits, dont les propriétés principales sont la parfaite clarté et la quasi absence de toute odeur habituellement présente dans la papaïne.
Cette concentration se fait à température et pression ordinaires (habituellement sous pression atmosphérique et à une température de 15 à 25 C) et permet d'obtenir des produits concentrés contenant jusqu'à 40% de matière sèche. c. 2. Concentration secondaire
Cette opération est réalisée par évaporation sous vide. Le produit obtenu en c. l. ci-dessus est concentré dans un concentrateur sous vide, muni ou non d'une surface raclante. Cette opération permet d'obtenir des liquides concentrés clairs, quasi inodores et de haute activité protéolytique ( > 50.000 NF PU/mg/60'). La définition de cette unité est donnée dans l'introduction du présent texte.
Cette concentration secondaire permet d'obtenir des produits concentrés pouvant contenir jusqu'à 65% de matière sèche. d) Stabilisation du produit concentré
La stabilisation du produit obtenu après l'étape c. 2. ci-dessus peut être réalisée au choix, sous forme liquide, ou sous forme de poudre. d. 1. Stabilisation du produit concentré sous forme liquide
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Suivant la demande, il est possible d'obtenir un produit stabilisé à diverses activités protéolytiques.
Pour obtenir un produit stabilisé à haute activité (supérieure à 25.000 NF PU/mg/60'), le concentré liquide de papaïne obtenu après l'étape c) est mélangé avec un support stabilisant permettant d'éviter une prolifération microbienne, lors du stockage à long terme de la papaïne raffinée. Ce produit fini est destiné à être redilué avant utilisation par l'utilisateur final.
Il est également possible d'obtenir un produit stabilisé à activité moyenne (entre 6.000 et 25.000 NF PU/mg/60'), permettant de fournir un produit fini directement utilisable tel quel par l'utilisateur final.
Le support stabilisant peut être constitué, par exemple de substances alcooliques, telles que du sorbitol, ou du propylène-glycol, ou du glycérol. D'autres supports stabilisants pourraient bien entendu être envisagés par l'homme du métier, sans sortir du cadre de la présente invention.
Ces produits stabilisés sont encore soumis à un traitement anti-microbien, - soit par filtration stérile pour assurer un TCM (comptage total mésophile) inférieur à 10.000, soit par irradiation"e" (électronique) ou"gamma" permettant d'assurer un TCM inférieur à 100.
La perte d'activité de ces produits, ainsi stabilisés, est fortement réduite et ceux-ci peuvent se conserver pendant plusieurs mois. d. 2. Stabilisation du produit concentré sous forme sèche
Les concentrés liquides obtenus après l'étape de concentration (c) décrite ci-dessus sont séchés par séchage à air chaud, par atomisation, dans une tour de séchage, dont les conditions de température sont maintenues constantes par contrôle automatique. Les caractéristiques (granulométrie
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et degré de séchage) seront adaptées en fonction des caractéristiques du produit fini désiré.
En variante, on peut également réaliser cette stabilisation par lyophilisation.
La poudre obtenue a une haute activité protéolytique ( > 75.000 NF PU/mg/60') et est parfaitement soluble dans différents solvants, y compris dans l'eau. Le produit de la dissolution de ce produit concentré sous forme sèche est parfaitement limpide et inodore.
La poudre obtenue peut être conditionnée et emballée sous vide sous différentes formes, par exemple telle quelle (produit à activité non stabilisée comprise entre 70.000 et 80.000 NF PU/mg/60'), ou sous forme de mélange, obtenu sous atmosphère réductrice, avec des excipients neutres compatibles avec les exigences de l'industrie alimentaire et/ou pharmaceutique.
Son activité peut être normalisée entre 15.000 et 48.000 NF PU/mg/60'ou à 1,5 Unité Protéolytique FIP/mg. ä unité de papaïne (FIP unit/mg) est définie par la Pharmacopée Européenne comme étant l'activité de l'enzyme qui hydrolyse, sous les conditions spécifiées par l'essai, 1 micromole de N-benzoyl-L-arginine éthyl ester par minute, la mesure étant réalisée par titrage, au moyen de NaOH, de l'acide libéré par la solution de substrat en présence d'enzyme.
Les produits en poudre seront traités d'un point de vue microbiologique par irradiation"e"ou"gamma"pour assurer un TCM (comptage total mésophile) inférieur à 100.
Ainsi stabilisés les produits en poudre subiront une perte d'activité réduite et pourront être stockés pendant plusieurs mois.
Par exemple, pour la papaïne en poudre stabilisée, préparée suivant le procédé de l'invention (étape d. 2. ), la perte d'activité constatée en 1 an est inférieure à 5%.
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Les caractéristiques finales des produits en poudre sont une couleur claire, une odeur caractéristique quasi imperceptible, une parfaite solubilité (solution limpide).
Un des avantages de la présente invention est la réalisation d'un procédé de raffinage simple et très rapide. Toutes les opérations du procédé sont réalisées à température ambiante. Ce procédé ne nécessite aucune étape de macération, ni de décantation, ni de centrifugation, ni de pré-filtration. Le temps total nécessaire pour transformer la matière première en produit fini est inférieur à 24 heures, séchage, stabilisation et conditionnement compris. Ce faible temps opératoire s'avère favorable au rendement global du raffinage, à une meilleure stabilité du produit fini, tant d'un point de vue microbiologique, qu'enzymatique. Il minimise l'apparition et le développement de réactions irréversibles de désactivation.
Un autre avantage du procédé selon l'invention est de pouvoir être réalisé dans des pays éloignés de ceux où les végétaux contenant ces enzymes sont cultivés.
Le procédé suivant l'invention a aussi l'avantage d'être applicable à toute forme de matière première, y compris à un latex séché de papayer contenant une grande quantité de matières insolubles.
Un autre avantage de l'invention est de fournir un procédé adaptable permettant d'obtenir, au choix, une protéase concentrée sous différentes formes, liquide ou solide.
Bien que le procédé décrit dans l'exemple du présent texte concerne le raffinage de la papaïne, il peut également s'appliquer au raffinage d'autres enzymes de type sulfhydrile, telle que la bromélaine, la ficine, la calotropaine, ou la mexicaine.
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Dans le cas de la bromélaïne, l'enzyme brute est récoltée, non pas d'un latex, mais d'une pulpe broyée provenant du noyau et/ou de la tige centrale du fruit de l'ananas.