EP2714918A1 - Extraction of chitins in a single step by enzymatic hydrolysis in an acid medium - Google Patents

Extraction of chitins in a single step by enzymatic hydrolysis in an acid medium

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Publication number
EP2714918A1
EP2714918A1 EP12731067.0A EP12731067A EP2714918A1 EP 2714918 A1 EP2714918 A1 EP 2714918A1 EP 12731067 A EP12731067 A EP 12731067A EP 2714918 A1 EP2714918 A1 EP 2714918A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chitin
raw material
acid
chitosan
enzymatic hydrolysis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12731067.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Karine LE ROUX
Jean-Pascal BERGÉ
Régis BARON
Éric LEROY
Abdellah Arhaliass
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut Francais de Recherche pour lExploitation de la Mer (IFREMER)
Universite de Nantes
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut Francais de Recherche pour lExploitation de la Mer (IFREMER)
Universite de Nantes
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Institut Francais de Recherche pour lExploitation de la Mer (IFREMER), Universite de Nantes filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP2714918A1 publication Critical patent/EP2714918A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/04Polysaccharides, i.e. compounds containing more than five saccharide radicals attached to each other by glycosidic bonds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B37/00Preparation of polysaccharides not provided for in groups C08B1/00 - C08B35/00; Derivatives thereof
    • C08B37/0006Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid
    • C08B37/0024Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid beta-D-Glucans; (beta-1,3)-D-Glucans, e.g. paramylon, coriolan, sclerotan, pachyman, callose, scleroglucan, schizophyllan, laminaran, lentinan or curdlan; (beta-1,6)-D-Glucans, e.g. pustulan; (beta-1,4)-D-Glucans; (beta-1,3)(beta-1,4)-D-Glucans, e.g. lichenan; Derivatives thereof
    • C08B37/00272-Acetamido-2-deoxy-beta-glucans; Derivatives thereof
    • C08B37/003Chitin, i.e. 2-acetamido-2-deoxy-(beta-1,4)-D-glucan or N-acetyl-beta-1,4-D-glucosamine; Chitosan, i.e. deacetylated product of chitin or (beta-1,4)-D-glucosamine; Derivatives thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/26Preparation of nitrogen-containing carbohydrates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12YENZYMES
    • C12Y304/00Hydrolases acting on peptide bonds, i.e. peptidases (3.4)
    • C12Y304/23Aspartic endopeptidases (3.4.23)
    • C12Y304/23001Pepsin A (3.4.23.1)

Definitions

  • the present invention relates to the field of valorization of biomass, preferably animal biomass, more preferably the marine biomass and / or entomological.
  • the present invention relates to a process for the single-step enzymatic extraction of chitin from elements of animal biomass comprising chitin, preferably from marine and / or entomological co-products, an active enzyme in an acid medium.
  • insects are an interesting food resource because of their nutritional qualities.
  • the production of insects offers a very interesting ecological alternative compared to the production of other proteins of animal origin.
  • carapaces rich in chitin, as in the case of crustaceans.
  • Chitin is the second most abundant polysaccharide on the Earth's surface after cellulose. It does not have a single chemical structure but several since it includes polysaccharides composed of N-acetyl-PD-glucosamine units and D-glucosamine units.
  • Chitin is partly the exoskeleton of insects and crustaceans, the wall of fungi and bacteria. Chitin thus constitutes 20 to 30% of the shells of crustaceans. In addition to chitin, the crustacean exoskeleton contains 20 to 40% protein, 30 to 60% minerals and 0 to 14% lipids (Waldeck J., Daum G., Bisping B. and Meinhardt F., Appl. Micwbiol Env., 2006, 72 (12), 7879-7885). Chitin thus constitutes 3 to 60% of the carapaces of insects.
  • the exoskeleton of insects contains 20 to 80% protein, 1 to 20% minerals and 10 to 50% lipids ("Forest Insects as Food: humans bite back", Proceedings of a workshop on Asia - Pacific resouces and their potential for development, 19-21 February 2008, Chiang Mai, Thailand - FAO).
  • the proportions of the different constituents vary according to species, age, genus and can fluctuate according to seasons and environmental conditions.
  • the chitin extraction conditions must therefore be adapted according to the raw material used (Tolaimate A., Desbrieres J., Rhazi M. and Alagui A., Polymer, 2003, 44 (26), 7939-7952).
  • Chitin is present in co-products of crustaceans and insects in the form of chitin / protein / mineral complexes. It is usually extracted in two stages of "chemical extraction":
  • a third optional bleaching step for example using sodium hypochlorite, is often used to remove residual pigments. Washing operations, usually with water, are necessary between these different stages.
  • Chitin can then be easily deacetylated, for example using sodium hydroxide, to yield chitosan, also called “chitosan”.
  • Chitin is traditionally extracted for a wide range of applications: medical, pharmaceutical, dietary, food, technical (filtration and water depollution), etc.
  • chitin, chitosan and their derivatives, especially their oligomers are biocompatible, biodegradable and non-toxic.
  • the type of application depends on the physicochemical characteristics of chitin and its derivatives.
  • chitosan can be used in particular to make mulching film, protective gels of the stomach, but also for the encapsulation of active ingredients, the filtration of wastewater, the replacement of cartilage, and the regeneration of tissues. ...
  • chitin is extracted by lactic fermentation in the presence of bacterial strains for 5 days at 30 ° C.
  • the acidification of the medium due to the production of lactic acid by the bacteria, leads to a partial demineralization while the bacteria ensure the deproteinization.
  • the pH decreases to 3.5 after 7 days of fermentation.
  • the extracted chitin still contains 13% protein and 14% minerals.
  • a more pure chitin can then be obtained by performing additional chemical treatments. This type of method does not therefore make it possible to directly obtain a chitin of good quality, limiting its applications.
  • Another microbial fermentation study was conducted to extract chitin from shells of red crabs by co-fermenting shells in the presence of two bacteria: on the one hand Lactobacillus paracasei tolerans KCTC-3074, which is an acid-producing bacterium lactic acid, and on the other hand Serratia marcescens FS-3, which is a bacterium producing extracellular proteases (Jung W., Jo G., Kuk J., Kim K. and Park R., Appl Microbiol Biotechnol., 2006 , 71, 234-237).
  • Co-fermentation was maintained for 7 days at 30 ° C and resulted in a demineralization percentage of 97.2% and a deproteinization percentage of only 52.6%.
  • the chitin obtained was not characterized in this study but the low rate of deproteinization is limiting as to its use.
  • Another microbial fermentation study was conducted by the same team, with a bacterial strain producing proteases to deproteinize and demineralize marine co-products (Jo G., Jung W., Kuk J., Oh K., Kim Y. and Park R., Carbohydrate Polymers, 2008, 74, 504-508).
  • a fermentation test was conducted for 7 days at 30 ° C., in the presence of 10% of bacterial strain, and led to a deproteinization and demineralization rate of 84% and 47%, respectively.
  • Demineralization is like previously due to the decrease in pH over time (pH 5.6 after 7 days of fermentation), related to acid production by bacteria.
  • the low degree of purity of the chitins obtained is limiting as to its applications and this method, like the previous one, has the disadvantage of requiring a very long reaction time.
  • the best yields of two-step demineralization and deproteinization were obtained by Waldeck (Waldeck J., Daum G., Bisping B. and Meinhardt F., Appl., Microbiol., 2006, 72 (12)). 7879-7885).
  • the reaction time is relatively long.
  • the extraction of chitin by fermentation therefore leads to a chitin with a higher level of residual proteins than in the case of chemical extraction and additional treatments are often necessary to improve the demineralization.
  • the reaction times are much longer than by the chemical route.
  • the extraction of chitin by biological means can also be done by enzymatic extraction.
  • a chitin extraction method comprising the removal of proteins by the enzymatic activity of fish viscera has been proposed in International Patent Application WO 86/06082.
  • the process described in this patent application comprises the extraction of shrimp shell chitin by demineralization with an acid followed by deproteinization using fish viscera, optionally pre-ensiled at pH 1.2. 2.5.
  • the raw material i.e. shrimp shells
  • the raw material is first ensiled in a solution of sulfuric acid.
  • Silage preserves the raw material before use and allows its demineralization.
  • the pre-ensiled carcasses are brought into contact with the fish viscera for deproteinization.
  • the characteristics of the chitin obtained by this two-step process are not specified.
  • Enzymatic extraction can also be done using a purified enzyme, most often a proteolytic enzyme. This is the case, for example, in the study conducted by N. Winned with the use of chymotrypsin or papain to extract chitin from shrimp shells (Gagné N. "Production of chitin and chitosan from crustacean waste and their use of food processing aids", 1993, McGill University - Montreal, thesis manuscript). After a conventional chemical demineralization step, the proteins present are hydrolysed by the enzymes. The optimal conditions for deproteinization in particular use a pH of 8.0-8.7 for chymotrypsin and papain. Under the conditions used, the residual protein level is very low (1.3% and 2.8% for chymotrypsin and papain respectively).
  • a method of producing chitin using an enzymatic hydrolysis step has been patented (CN1715255).
  • This process offers a global approach to the exploitation of the raw material since compounds other than chitin are also extracted from shrimp shells.
  • this process comprises an enzymatic hydrolysis step followed by extraction with a solvent.
  • the solid part obtained is then brought into the presence of hydrochloric acid to ensure the demineralization and finish extracting the chitin.
  • All presently described chitin enzymatic extraction methods use an independent conventional chemical demineralization step, before or after the enzymatic hydrolysis step.
  • the Applicant has conducted research to achieve a total recovery of the parts of the animal biomass containing chitin, including a total valuation of marine byproducts, especially shells of shellfish and entomological biomass, especially shells insects.
  • coextraction methods have been studied in view of their advantages over targeted extractions.
  • the subject of the invention is therefore a process for the enzymatic extraction of chitin, characterized in that the said process is carried out in a single step, hereinafter referred to as the "single step", in which the chitin is obtained by enzymatic hydrolysis of biomass.
  • animal comprising chitin, said enzymatic hydrolysis using an active enzyme in an acidic medium.
  • said single step is an enzymatic hydrolysis whose function is to simultaneously deproteinize and demineralize marine by-products.
  • said acid-active enzyme is a protease with a broad spectrum of activity in an acidic medium, preferably pepsin or a stable acidic protease.
  • the enzyme concentration used for the hydrolysis is from 0.1 to 75%, preferably from 5 to 30%, more preferably from approximately 23 to approximately 27% by weight relative to the mass of estimated protein in the raw material.
  • the acidic medium is obtained by the presence of an acid, preferably a food acid, more preferably phosphoric acid or formic acid.
  • said animal biomass comprising chitin comprises marine by-products, preferably marine by-products derived from crustaceans, preferably shrimps, crabs or krill, or cephalopods, preferably squid. or cuttlefish.
  • said animal biomass comprising chitin comprises insect by-products, preferably insect by-products derived from coleopterans or hymenoptera.
  • said method further comprises operations for washing, drying and / or grinding the raw material, preferably washing with water, cold drying and / or grinding operations leading to fragments smaller than 1 mm in size.
  • said method also further comprises operations for treating the reaction medium at the end of the enzymatic hydrolysis, said operations comprising solid and liquid phase separation, rinsing and / or drying operations. the insoluble part, preferably filtration, rinsing with water and / or drying in an oven.
  • the subject of the invention is also a process for optimizing said enzymatic extraction process of chitin, characterized in that said optimization method comprises at least one of the following steps: a) choice of the pH of the acidic medium in the range enz ⁇ pH 0-2, preferably pH enz ⁇ 0-l, 5, preferably pH enz ⁇ 0-l, wherein enz pH is the pH at which the enzyme exhibits maximum activity, b) selecting the temperature of the acid medium in the range T in ⁇ 0-20 ° C, preferably T enz ⁇ 0-15 ° C, preferably T enz ⁇ 0-10 ° C, where T enz is the temperature at which the enzyme exhibits maximum activity, c) determination of the mineral and protein content of the raw material, d) calculation of the acid concentration to be used in the reaction medium, as a function of the mineral content of the raw material, being understood that according to a preferred embodiment, the pH is chosen so that the reaction medium is maintained throughout the enzymatic hydrolysis at
  • the invention further relates to the chitin obtainable by the method of the invention.
  • the subject of the invention is also chitosan capable of being obtained by deacetylation of the chitin according to the invention.
  • the subject of the invention is also a composition comprising chitin according to the invention and / or chitosan according to the invention.
  • the subject of the invention is also a pharmaceutical composition comprising chitin according to the invention and / or chitosan according to the invention, a cosmetic composition comprising chitin according to the invention and / or chitosan according to the invention, a medical device comprising chitin according to the invention and / or chitosan according to the invention
  • the invention also relates to a food product, a nutraceutical composition, a dietary composition, a food supplement or a functional food comprising chitin according to the invention and / or chitosan according to the invention.
  • the subject of the invention is also a composition comprising chitin according to the invention and / or chitosan according to the invention for its use in the treatment, filtration and / or depollution of water.
  • the subject of the invention is also a texturing agent comprising the chitin according to the invention and / or the chitosan according to the invention.
  • Chrosin refers to polysaccharides of N-acetylglucosamines and glucosamines
  • Chitosan refers to products of deacetylation of chitin.
  • the border between chitosan and chitin corresponds to a degree of acetylation of 50%: below, the compound is called chitosan, beyond, chitin.
  • chitosan refers to products of deacetylation of chitin.
  • the border between chitosan and chitin corresponds to a degree of acetylation of 50%: below, the compound is called chitosan, beyond, chitin.
  • chitosan refers to all organic matter of animal origin.
  • Marine co-products refers to parts not used by the agri-food industry in marine products, including shells and heads of crustaceans.
  • Entomological co-products or “insect co-products” refers to the parts not used by the agri-food industry in entomological products, including the shells and heads of insects.
  • Degree of polymerization refers to the length of a polymer chain, especially chitin.
  • the degree of polymerization corresponds to the number of constituent monomer units of the polymer chain.
  • Crystalstallinity index refers to the proportion of matter in the crystalline state.
  • Demineralization refers to a process of removing minerals.
  • Deproteinization refers to a process of protein removal.
  • Depolymerization refers to the reduction of the length of the polymer chain of chitin.
  • Deacetylation refers to the elimination of acetyl groups and corresponds to the passage of chitin to chitosan.
  • Measurement content refers to the mass percentage of water contained in a sample.
  • Protein content refers to the mass percentage of protein contained in a sample.
  • Mineral content refers to the mass percentage of minerals in a sample.
  • Chitin content refers to the mass percentage of chitin contained in a sample.
  • the present invention relates to a process for the single-step enzymatic extraction of chitin from a raw material derived from animal biomass and comprising chitin, preferably a raw material consisting of marine by-products and / or entomological co-products, using an active enzyme in an acid medium, preferably a protease, the acid used being preferably a food acid, this process also making it possible to extract soluble compounds such as lipids, pigments, sugars, salts minerals, amino acids or peptides.
  • the two key steps of the traditional chitin extraction process namely, acid demineralization and deproteinization in an alkaline medium, are fused in a single step.
  • This one-step fusion is permitted through the use of an enzyme whose optimal pH of activity is acidic: the enzyme ensures the deproteinization, while the acidic pH allows for simultaneous demineralization.
  • the method of the invention comprises only a single key step, it has the advantage of reducing the losses of matter related to rinsing between the two steps of the traditional process. This process also makes it possible to reduce the consumption of reagents and solvents and to limit the production of polluted effluents. This process is both inexpensive and environmentally friendly.
  • the conditions used in the process of the present invention are such that the biological activity of the chitins, as well as their native structure, are better preserved than in the extraction methods existing to date.
  • the method of the present invention has the advantage that it allows the destructuration of the crustacean and / or insect co-product matrix by separation of chitin, proteins and minerals, these three major compounds being initially strongly bound .
  • the method according to the invention comprises an enzymatic hydrolysis step in an acidic medium simultaneously ensuring demineralization and deproteinization.
  • the minerals and proteins are separated from the solid phase and entrained in the liquid phase.
  • the method of the present invention may comprise, in addition to the enzymatic acid hydrolysis step, preparation and treatment operations:
  • raw material is intended to mean animal biomass comprising chitin used for extracting chitin, preferably marine by-products used to extract chitin and / or entomological co-products. used to extract chitin.
  • the raw material used in the process of the present invention comprises marine by-products, preferably crustaceans, shrimps, crabs, krill, more preferentially shells and crustacean heads; according to a mode of Particular embodiment of the invention, the raw material is derived from cephalopods, preferably squid or cuttlefish.
  • the raw material used in the process of the present invention comprises entomological co-products, preferably beetles such as the beetle Tenebrio molitor, hymenopterans such as the fly Hermetia illucens, more preferentially carapaces and caries. insect heads.
  • beetles such as the beetle Tenebrio molitor
  • hymenopterans such as the fly Hermetia illucens, more preferentially carapaces and caries. insect heads.
  • the preparation of the raw material comprises cleaning, drying and / or grinding operations.
  • the raw material is cleaned with water.
  • the raw material is dried for 1h to 36h preferably for about 18h, preferably in ventilated air, preferably at a temperature of 5 to 35 ° C, more preferably about 12 ° C.
  • the raw material is milled to obtain fragments with a maximum diameter of about 10 mm, preferably less than about 1 mm in diameter.
  • the raw material preferably prepared by cleaning, drying and grinding, is stored before extraction at a temperature between -30 and -10 ° C, preferably at -20 ° C, preferably by limiting the presence of oxygen.
  • Reaction medium preferably a temperature between -30 and -10 ° C, preferably at -20 ° C, preferably by limiting the presence of oxygen.
  • reaction medium is intended to mean the medium in which the enzymatic hydrolysis reaction in acidic medium takes place.
  • the preparation of the reaction medium must take into account the activity conditions of the enzyme used, such as temperature, solvent and pH. The choice of these conditions makes it possible to optimize the reaction time and the yields.
  • the reaction medium is maintained during the enzymatic hydrolysis at a temperature of between 2 and 80 ° C., preferably between 35 and 45 ° C., more preferably between approximately 37 and approximately 40 ° C.
  • the temperature of the reaction medium is adapted to the enzyme used so that said enzyme has a quasi-optimal activity for the duration of the enzymatic hydrolysis.
  • the reaction medium is maintained during the enzymatic hydrolysis at a temperature in the range T in ⁇ 0 to 20 ° C, preferably T in ⁇ 0 to 15 ° C, preferably T enz ⁇ 0 to 10 ° C, where T enz is the temperature at which the enzyme exhibits maximum activity.
  • T enz is the temperature at which the enzyme exhibits maximum activity.
  • the chosen temperature must not cause the degradation of the enzyme or inhibit its action.
  • the temperature of the reaction medium is lower than T enz so as to limit the energy consumption.
  • the pH of the reaction medium is from 0.5 to 6.5, preferably from 1.8 to 3.8, more preferably from about 1.9 to about 2.1.
  • the pH of the reaction medium is preferably from about 1.9 to about 2.1.
  • the pH of the reaction medium is acidic and its value is adapted to the enzyme used so that said enzyme has an optimal activity.
  • the pH of the reaction medium is within the pH range enz ⁇ 2, preferably pH enz ⁇ l, 5, preferably pH enz ⁇ l, enz where pH is the pH at which the enzyme has a maximum activity.
  • the chosen pH must be acidic so that the extraction yield of chitin is sufficient.
  • the reaction medium is ready to be used when the temperature and pH conditions chosen for the enzymatic hydrolysis reaction are stabilized.
  • the reaction medium comprises at least one acid.
  • the reaction medium further comprises a solvent such as water or an aqueous solution.
  • the acid used is preferably a food acid, preferably phosphoric acid or formic acid.
  • the products extracted by the method of the present invention have the advantage of being used more easily in the agri-food or cosmetics fields.
  • the concentration of acid in the reaction medium is from 0.1 to 6 mol.L 1 , preferably from 0.8 to 2.8 mol.L 1 , more preferably from 0.9 to 1 mol. .L "1 .
  • the acid concentration in the reaction medium is adapted to the mineral content of the raw material used so that the pH of the reaction medium is acidic and remains constant throughout the enzymatic hydrolysis.
  • the enzyme used in the present invention is an acid-active enzyme, preferably a protease with a broad spectrum of activity in an acid medium, preferably pepsin or a stable acid protease.
  • the enzyme concentration in the reaction medium is adapted to the protein content of the raw material used. According to one embodiment, the enzyme concentration is from 0.1 to 75%, preferably from 5 to 30%, more preferably from about 23 to about 27% by weight relative to the weight of proteins estimated in the material. first.
  • the raw material is mixed with the reaction medium and the resulting mixture is optionally homogenized by stirring for 0 to 30 minutes, preferably for 3 to 10 minutes, more preferably for about 5 minutes.
  • the ratio between the weight of raw material prepared and the volume of reaction medium is from 1:60 to 2: 1, preferably from 1: 7 to 1: 3, more preferably equal to 1: 5.
  • the ratio between the weight of raw material prepared and the volume of reaction medium is adapted to the size of the prepared raw material fragments.
  • the container used to carry out the enzymatic hydrolysis has a volume adapted to prevent overflow of the foam that can form.
  • the risk of foam production increases as the temperature of the acid before mixing increases.
  • the temperature of the reaction medium before the addition of the raw material is 5 to 65 ° C, preferably 20 to 30 ° C, more preferably about 25 ° C.
  • the temperature of the reaction medium is chosen to be less than the temperature at which the enzymatic hydrolysis reaction must be conducted and this in order to limit the formation of foam during the addition of the raw material.
  • the enzyme is added directly into the homogenized reaction medium optionally containing the raw material.
  • the enzyme is solubilized in water, or in a solution, preferably an aqueous solution, and is then added to the homogenized reaction medium containing the raw material.
  • the enzymatic hydrolysis reaction is carried out with stirring so as to optimize the contact between the raw material and the enzyme.
  • the initial pH and temperature conditions of the reaction medium are kept constant throughout the duration of the enzymatic hydrolysis reaction.
  • the initial pH and / or temperature conditions of the reaction medium are not kept constant during the duration of the enzymatic hydrolysis reaction.
  • the enzymatic hydrolysis reaction is carried out in a reactor equipped with a device for regulating the temperature.
  • said reactor is a jacketed reactor in which circulates a heat transfer fluid, the temperature of said fluid can be controlled.
  • said reactor is provided with a heating resistor, the temperature of said resistance being controllable.
  • the pH is stable throughout the duration of the enzymatic hydrolysis.
  • the pH is adjusted, during the enzymatic hydrolysis reaction, to the pKa value between the acid used and the calcium carbonate by addition of a concentrated solution of acid, acid being the same as that used in the reaction medium.
  • the duration of the enzymatic hydrolysis is 30 minutes to 24 hours, preferably 1 to 12 hours, preferably 3 hours to 8 hours, more preferably about 6 hours. According to one embodiment, the duration of the enzymatic hydrolysis is adapted to the activity of the enzyme used to carry out the enzymatic hydrolysis reaction, the acid employed and the raw material.
  • the duration of the enzymatic hydrolysis is adapted according to the characteristics desired for the final products, such as the degree of purity, the degree of polymerization and the degree of acetylation.
  • the enzymatic reaction produces a reaction juice comprising soluble and insoluble parts. Separation of products
  • the soluble and insoluble portions of the reaction juice are separated by any suitable means known to those skilled in the art.
  • the soluble and insoluble parts are separated by filtration.
  • the filtration is carried out by a filtration system preserving the integrity of the structures of the extracted compounds.
  • the filtration is carried out by a filtration system on a membrane press.
  • the filtration is carried out on filter cloth, preferably on cloth to be blotted.
  • the soluble and insoluble portions are separated by centrifugation.
  • the insoluble portion of the reaction juice contains very predominantly chitin and the soluble part contains various compounds such as lipids, pigments, sugars, mineral salts, amino acids or peptides.
  • the insoluble portion is rinsed with a solvent.
  • the solvent is water or an aqueous solution. This embodiment is preferred in the case where chitins are then used for food applications.
  • the insoluble portion is first rinsed with water or an aqueous solution and then with a bleaching agent such as hydrogen peroxide, sodium hypochlorite or potassium persulfate and is rinsed again with water or an aqueous solution.
  • a bleaching agent such as hydrogen peroxide, sodium hypochlorite or potassium persulfate
  • Chitins are very hygroscopic products whose biological activity can be degraded by an increase in temperature.
  • the insoluble portion filtered and rinsed is then dried for 8 to 16 hours, preferably for about 12 hours, in an oven whose temperature is preferably less than 100 ° C, preferably between 50 and 95 ° C, more preferably about 90 ° C.
  • the filtered insoluble part is neutralized with sodium hydroxide.
  • the insoluble portion is lyophilized.
  • the dried and / or lyophilized insoluble part is packaged in containers such as glass or plastic bottles or vacuum bags and preferably stored at room temperature in a dry place.
  • the insoluble part (chitin) is stored at a temperature below room temperature, preferably at a temperature of -30 to 0 ° C, more preferably from -20 to -10 ° C, more preferably at about -20 ° C.
  • the soluble part is centrifuged.
  • the soluble part is dialyzed and ultrafiltered.
  • one embodiment of the compounds of the neutralized soluble portion are extracted with organic solvents. The organic or aqueous solvents are then evaporated to obtain the compounds of interest.
  • the technique for treating the soluble phase depends on the nature of the compounds to be valorized.
  • reaction medium enzyme concentration, pH and temperature
  • control of the reaction medium makes it possible to control the yield and the biochemical and physicochemical characteristics of the chitins obtained. Theoretically, extending the hydrolysis time tends to reduce the degree of polymerization.
  • the insoluble portion contains mainly chitin as well as proteins and residual minerals that have not been removed during the enzymatic hydrolysis reaction.
  • the degree of purity of chitin (purity D) is estimated gravimetrically by measuring the mass of the insoluble sample before and after treatment of the insoluble parts with sodium hydroxide at 1.25 mol.L -1. 90 ° C. for 1 h As mentioned above, this treatment makes it possible to eliminate the residual proteins and minerals
  • the estimated degree of purity is calculated from the following formula:
  • the estimated degree of purity of chitin (D ° purity) is greater than 75%, preferably greater than 80%, more preferably greater than 85%, more preferably greater than 80%, more preferably greater than 85%, more preferably greater than 80%. 90%.
  • the mass content of residual proteins in the dried insoluble part is less than 20%, preferably less than 15%, preferably less than 10%, more preferably less than 5%.
  • the mass proportion of proteins eliminated by the process of the present invention is greater than 80%, preferably greater than 85%, more preferably greater than 90%, more preferably greater than 95%.
  • the mass content of residual minerals in the dried insoluble part is less than 5%, preferably less than 3%, more preferably less than 1%. According to one embodiment, the mass proportion of minerals removed by the process of the present invention is greater than 95%, preferably greater than 97%, more preferably greater than 99%.
  • an additional bleaching operation is carried out on the insoluble part, making it possible to remove pigments as well as a part of the residual proteins and minerals.
  • an additional deacetylation operation is carried out on the insoluble part, making it possible to produce chitosan and to eliminate a part of the residual proteins.
  • the chitins extracted by the method of the present invention can be used as is or converted into chitosan, chitin oligomers, chitosan oligomers or N-acetylated glucosamines or not.
  • the process of the present invention provides a wide range of chitin quality with respect to the degree of purity and polymerization.
  • the other characteristics depend on the nature of the raw material and not on the characteristics of the process according to the invention.
  • the chitins extracted by the process of the present invention have a shape close to the natural form of chitin.
  • the chitins extracted by the method of the present invention are not or slightly denatured with respect to the natural chitin.
  • the estimated degree of purity of the chitins extracted by the process of the present invention is greater than 85%, preferably greater than 90%, more preferably greater than 95%.
  • the degree of purity of the chitins obtained by the method of the present invention is sufficient to be able to convert them in the form of chitosan, chitin oligomers, chitosan oligomers or glucosamines.
  • the degree of polymerization of chitin is estimated by calculation from the average molecular weight of said chitin.
  • the average molecular weight of the chitins is estimated by calculation from the intrinsic viscosity. The intrinsic viscosity can be determined by the method described by Poirier et al. (Pear, M. and Chrlet, G., Carbohydrate Polymers, 2002, 50, 363-370).
  • the degree of polymerization of the chitins extracted by the method of the present invention is from 1.10 3 to 1 ⁇ 10 9 , preferably from 1 ⁇ 10 4 to 1 ⁇ 10 7 , more preferably from 1 ⁇ 10 5 to 1 ⁇ 10 6 .
  • the degree of acetylation of the chitins extracted by the process of the present invention is from 80% to 100%, preferably from 90% to 98%, more preferably from 95% to 97%.
  • the crystallinity index of the chitins extracted by the process of the present invention is from 10% to 70%, preferably from 20% to 50%, more preferably from 30% to 40%.
  • the soluble products extracted by the method of the present invention may be peptides, pigments, sugars and mineral salts.
  • the use of food acid in this process allows these compounds to be exploited in the agri-food, dietary and nutraceutical fields.
  • the present invention therefore has the advantage of limiting the amount of waste since all products other than chitin extracted by the process of the invention can also be used and recovered.
  • the pigments extracted by the process of the present invention are astaxanthin. DESCRIPTIONS OF FIGURES
  • Figure 1 shows a schematic of the chitin extraction process according to the invention.
  • the raw material used is the raw Penaeus vannamei shrimp exoskeleton.
  • the raw material is dried at 12 ° C in ventilated air and ground to give fragments smaller than 1 mm.
  • the prepared raw material is stored at -20 ° C under vacuum.
  • the reagent used to maintain the acidic pH is phosphoric acid.
  • the acid concentration is calculated based on the initial mineral content in the prepared raw material. For an initial mineral content of 25% by weight relative to the dry weight of raw material, a solution of phosphoric acid at 0.94 mol.L -1 is used in order to maintain the pH of the reaction medium around 2.
  • the acid protease employed is pepsin (CAS 9001-75-6, supplier: Sigma, activity: 8112 U / mg). It is stored as a powder at + 4 ° C. It is solubilized in distilled water 15 min before introduction into the reactive medium.
  • the amount of enzyme added in this example corresponds to 25% of the protein mass estimated in the initial raw material. Thus, for a sample of 5 g of raw material having a moisture content of about 15% and a protein content close to 40%, this corresponds to about 8.5% of enzyme relative to the raw material, ie a quantity of pepsin of 0.43 g. Protocol
  • Pepsin (0.43 g), previously solubilized in 1 ml of water, is added to the reaction medium. The mixture is heated at 40 ° C. on a heating plate and then incubated in an oven maintained at 40 ° C. ⁇ 1 ° C.
  • the moisture content of the sample is measured gravimetrically by measuring the mass of the sample before and after overnight at 105 ° C.
  • the mineral content is determined gravimetrically by measuring the mass of the sample before and after incineration at 600 ° C for 6 hours.
  • the protein content is estimated by gas chromatography by assaying the total amino acids. It can also be measured by a colorimetric assay (Lowry, BSA, Bradford or Coomassie blue) or by Kjeldahl assay.
  • the chitin content can be measured gravimetrically by measuring the mass of the sample before and after the following treatments:
  • treatment is limited to NaOH treatment
  • the molecular weight of chitin is estimated by calculation from intrinsic viscosity.
  • the intrinsic viscosity can be determined by the method described by Poirier et al., which is based on Mark-Houvink's law (Poirier, M. and Charlet, G., Carbohydrate Polymers, 2002, 50, 363-370).
  • the intrinsic viscosity was determined by measuring the reduced viscosity from solutions of different chitin concentrations in N, N-dimethylacetamide containing 5% LiCl.
  • the apparatus used is a capillary viscometer called Ubbelhode.
  • the constant K of the viscometer is 0.3 cSt / s.
  • the measurement volume is 15mL.
  • the degree of polymerization is calculated from the molecular weight of chitin.
  • the degree of acetylation is estimated by NMR of the proton liquid, according to the method described by Einbu A., Varum K., 2008.
  • the chitin (20 mg) is solubilized in ImL of DCl (7.6N in D 2 0, Euriso -top) with magnetic stirring at room temperature for 5 hours.
  • the 1H NMR analysis is carried out at 300 ° K using a Brucker ALS300 spectrometer (300MHz, TMSP reference O.OOppm).
  • the degree of acetylation is then calculated from the intensity of the characteristic proton NMR signals, according to the formula given by Einbu et al.
  • the crystallinity index is determined by X-ray diffraction.
  • the diffractometer used is a D8 Discover from Brucker-axs (Karlsruhe, Germany).
  • the method of calculating the crystallinity index is based on the ratio between the areas of the crystalline zones on the total area (Osario-Madrazo A., David L., Trombotto S., Lucas JM, Peniche-Covas C. and Domard A., Carbohydrate Polymers, 2011, 83, 1730-1739)
  • the composition of the dry extract obtained can be compared with that of the totally dried raw material or with the prepared raw material used in this example (Table 1): moisture minerals protein chitin lipids sugars raw material
  • the quantities of minerals and proteins eliminated by the process are respectively 98.5% and 91.7%.
  • the residual contents of minerals and proteins are those present in the final product, without bleaching step.
  • the application of a bleaching agent or a washing with sodium hydroxide improves the degree of purity.
  • the degree of acetylation measured by NMR is in this example of the order of 95%.
  • the molecular weight of this sample is of the order of 10 5 to 10 6 g / mol and the crystallinity index of 35%. These characteristics are close to those of native chitin.
  • the performance of this example can be improved by increasing the amount of pepsin used.
  • the experiment was carried out with a pepsin concentration of 41% relative to the amount of protein present in the raw material, instead of 25% previously.
  • the degree of purity in chitin increases (96.78% instead of 88.42%) because the deproteinization is improved (92.00% of proteins eliminated) as well as the demineralization (99.23% of eliminated minerals).

Abstract

The invention relates to a method for the enzymatic extraction of chitin, characterised in that said method is carried out in a single step in which the chitin is obtained by the enzymatic hydrolysis of a raw material consisting of animal biomass including chitin, said enzymatic hydrolysis using an active enzyme in an acid medium. The invention also relates to a method for optimising said method for the enzymatic extraction of chitin. The invention also relates to the chitin that can be obtained by said enzymatic extraction method.

Description

EXTRACTION DE CHITINES EN UNE SEULE ÉTAPE PAR HYDROLYSE ENZYMATIQUE EN MILIEU ACIDE  EXTRACTION OF CHITINES IN ONE STEP BY ENZYMATIC HYDROLYSIS IN ACID
DOMAINE DE L'INVENTION FIELD OF THE INVENTION
La présente invention concerne le domaine de la valorisation de la biomasse, de préférence la biomasse animale, plus préférentiellement la biomasse marine et/ou entomologique. En particulier, la présente invention concerne un procédé d'extraction enzymatique en une seule étape de la chitine, à partir d'éléments de la biomasse animale comprenant de la chitine, de préférence à partir de co-produits marins et/ou entomologiques, mettant en œuvre une enzyme active en milieu acide. The present invention relates to the field of valorization of biomass, preferably animal biomass, more preferably the marine biomass and / or entomological. In particular, the present invention relates to a process for the single-step enzymatic extraction of chitin from elements of animal biomass comprising chitin, preferably from marine and / or entomological co-products, an active enzyme in an acid medium.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE STATE OF THE ART
La production et la consommation de produits marins, et en particulier celle de crustacés, notamment de crevettes, augmente chaque année. Les co-produits (têtes et carapaces) représentent généralement plus de 50% du poids frais des crustacés. Leur utilisation est donc un enjeu important étant donné les volumes concernés mais aussi leur lente biodégradabilité naturelle. La chitine est le principal produit dérivé de ces co-produits. The production and consumption of marine products, and in particular that of crustaceans, especially shrimp, is increasing every year. By-products (heads and shells) generally account for more than 50% of the fresh weight of crustaceans. Their use is therefore an important issue given the volumes concerned but also their slow natural biodegradability. Chitin is the main byproduct of these co-products.
Par ailleurs, l'entomophagie est une pratique alimentaire courante dans certains pays et qui tend à se développer de par le monde. En effet, les insectes constituent une ressource alimentaire intéressante en raison de leurs qualités nutritionnelles. De plus, la production d'insectes offre une alternative écologique très intéressante comparée à la production d'autres protéines d'origine animale. Parmi les sous-produits issus de la production de protéines d'insectes, on trouve les carapaces, riches en chitine, comme dans le cas des crustacés. La chitine est le deuxième polysaccharide le plus abondant à la surface de la Terre après la cellulose. Elle n'a pas une structure chimique unique mais plusieurs puisqu'elle englobe les polysaccharides composés d'unités de N-acétyl-P-D-glucosamine et d'unités de D- glucosamine. La chitine constitue en partie l'exosquelette des insectes et des crustacés, la paroi des champignons et des bactéries. La chitine constitue ainsi 20 à 30% des carapaces des crustacés. Outre la chitine, l'exosquelette des crustacés contient de 20 à 40% de protéines, 30 à 60% de minéraux et de 0 à 14% de lipides (Waldeck J., Daum G., Bisping B. et Meinhardt F., Appl. Env. Micwbiol., 2006, 72 (12), 7879-7885). La chitine constitue ainsi 3 à 60% des carapaces des insectes. Outre la chitine, l'exosquelette des insectes contient de 20 à 80% de protéines, 1 à 20% de minéraux et de 10 à 50% de lipides (« Forest insects as food : humans bite back », Proceedings of a workshop on Asia-Pacific resouces and their potential for development, 19-21 Février 2008, Chiang Mai, Thailand - FAO). Que ce soit pour les crustacés ou pour les insectes, les proportions des différents constituants varient en fonction des espèces, de l'âge, du genre et peuvent fluctuer en fonction des saisons et des conditions environnementales. Les conditions d'extraction de la chitine doivent donc être adaptées en fonction de la matière première utilisée (Tolaimate A., Desbrieres J., Rhazi M. et Alagui A., Polymer, 2003, 44 (26), 7939-7952). In addition, entomophagy is a common food practice in some countries and is becoming increasingly common worldwide. Indeed, insects are an interesting food resource because of their nutritional qualities. In addition, the production of insects offers a very interesting ecological alternative compared to the production of other proteins of animal origin. Among the byproducts derived from the production of insect proteins are carapaces, rich in chitin, as in the case of crustaceans. Chitin is the second most abundant polysaccharide on the Earth's surface after cellulose. It does not have a single chemical structure but several since it includes polysaccharides composed of N-acetyl-PD-glucosamine units and D-glucosamine units. Chitin is partly the exoskeleton of insects and crustaceans, the wall of fungi and bacteria. Chitin thus constitutes 20 to 30% of the shells of crustaceans. In addition to chitin, the crustacean exoskeleton contains 20 to 40% protein, 30 to 60% minerals and 0 to 14% lipids (Waldeck J., Daum G., Bisping B. and Meinhardt F., Appl. Micwbiol Env., 2006, 72 (12), 7879-7885). Chitin thus constitutes 3 to 60% of the carapaces of insects. In addition to chitin, the exoskeleton of insects contains 20 to 80% protein, 1 to 20% minerals and 10 to 50% lipids ("Forest Insects as Food: humans bite back", Proceedings of a workshop on Asia -Pacific resouces and their potential for development, 19-21 February 2008, Chiang Mai, Thailand - FAO). Whether for crustaceans or for insects, the proportions of the different constituents vary according to species, age, genus and can fluctuate according to seasons and environmental conditions. The chitin extraction conditions must therefore be adapted according to the raw material used (Tolaimate A., Desbrieres J., Rhazi M. and Alagui A., Polymer, 2003, 44 (26), 7939-7952).
La chitine est présente dans les co-produits de crustacés et d'insectes sous forme de complexes chitine/protéines/minéraux. Elle est habituellement extraite en deux étapes d' « extraction chimique » : Chitin is present in co-products of crustaceans and insects in the form of chitin / protein / mineral complexes. It is usually extracted in two stages of "chemical extraction":
déminéralisation par hydrolyse acide, pour éliminer les minéraux ; puis  demineralization by acid hydrolysis, to remove minerals; then
déprotéinisation par hydrolyse basique, pour éliminer les protéines.  deproteinization by basic hydrolysis, to eliminate proteins.
L'extraction de la chitine à partir de co-produits marins est actuellement réalisée à l'échelle industrielle par « extraction chimique ». L'extraction de la chitine à partir d'insectes n'est pas encore très développée mais a déjà fait l'objet d'études, essentiellement par voie chimique (chitine de cigale : Sajomsang W. et Gonil P., Mat. Science Engineering C, 2010, 30(3), 357-363 ; chitine de chrysalides de vers à soie : Paulino A., Simionato J., Garcia J. et Nozaki J., Carbohydrate Polymers, 2006, 64, 98-103 ; chitine de bourdon : Majtan J., Bilikova K., Markovic O., Grog J., Kogan G. et Simuth J., Int. J. Biol. Macromol., 2007, 40, 237-241) The extraction of chitin from marine by-products is currently carried out on an industrial scale by "chemical extraction". The extraction of chitin from insects is not yet very developed but has already been studied, mainly by chemical means (cicada chitin: Sajomsang W. and Gonil P., Mat Science Engineering C, 2010, 30 (3), 357-363, silkworm chrysalis chitin: Paulino A., Simionato J., Garcia J. and Nozaki J., Carbohydrate Polymers, 2006, 64, 98-103; bumblebee: Majtan J., Bilikova K., Markovic O., Grog J., Kogan G. and Simuth J., Int. J. Biol. Macromol., 2007, 40, 237-241)
Une troisième étape facultative de blanchiment, par exemple à l'aide d'hypochlorite de sodium, est souvent mise en œuvre pour éliminer les pigments résiduels. Des opérations de lavage, le plus souvent à l'eau, sont nécessaires entre ces différentes étapes. A third optional bleaching step, for example using sodium hypochlorite, is often used to remove residual pigments. Washing operations, usually with water, are necessary between these different stages.
La chitine peut ensuite être facilement désacétylée, par exemple à l'aide d'hydroxyde de sodium, pour conduire à du chitosan, également appelé « chitosane ». Chitin can then be easily deacetylated, for example using sodium hydroxide, to yield chitosan, also called "chitosan".
La chitine est traditionnellement extraite pour une large gamme d'applications : médicale, pharmaceutique, diététique, alimentaire, technique (filtration et dépollution de l'eau), etc. En effet, la chitine, le chitosan ainsi que leurs dérivés, notamment leurs oligomères, sont biocompatibles, biodégradables et non toxiques. Le type d'application dépend des caractéristiques physico-chimiques de la chitine et de ses dérivés. En particulier, le chitosan peut être utilisé notamment pour faire du film de paillage, des gels protecteurs de l'estomac, mais aussi pour l'encapsulation de principes actifs, la filtration des eaux usées, le remplacement de cartilage, et la régénération des tissus... Chitin is traditionally extracted for a wide range of applications: medical, pharmaceutical, dietary, food, technical (filtration and water depollution), etc. Indeed, chitin, chitosan and their derivatives, especially their oligomers, are biocompatible, biodegradable and non-toxic. The type of application depends on the physicochemical characteristics of chitin and its derivatives. In particular, chitosan can be used in particular to make mulching film, protective gels of the stomach, but also for the encapsulation of active ingredients, the filtration of wastewater, the replacement of cartilage, and the regeneration of tissues. ...
L'extraction industrielle de la chitine à partir de co-produits marins est essentiellement mise en œuvre dans les pays émergents. L'extraction chimique traditionnelle emploie de grandes quantités de réactifs (principalement l'acide chlorhydrique, l'hydroxyde de sodium et des agents de blanchiment) qui sont nocifs pour les manipulateurs, les équipements et l'environnement. De plus, l'étape de déprotéinisation basique se fait en général à chaud et nécessite donc un apport énergétique important. En outre, les étapes de lavage génèrent des volumes très importants d'effluents pollués dont le recyclage est techniquement difficile et d'un coût important. The industrial extraction of chitin from marine co-products is mainly implemented in emerging countries. Traditional chemical extraction uses large amounts of reagents (mainly hydrochloric acid, sodium hydroxide, and bleaches) that are harmful to handlers, equipment, and the environment. In addition, the basic deproteinization step is usually hot and therefore requires a significant energy intake. In addition, the washing steps generate very large volumes of polluted effluents whose recycling is technically difficult and expensive.
L'un des problèmes liés aux procédés actuels d'extraction est la possibilité que la chitine soit dénaturée au cours du processus (Crini G., Badot P. et Guibal E., Chitine et Chitosan. Du polymère à V application, 2009, Presses Universitaires de Franche-Comté). Des études ont montré que l'extraction de la chitine pouvait se faire par des procédés biologiques, notamment par extraction enzymatique ou par fermentation microbiologique, en particulier pour l'étape de déprotéinisation. One of the problems with current extraction processes is the possibility that chitin is denatured during the process (Crini G., Badot P. and Guibal E., Chitin and Chitosan) Polymer V Application, 2009, Presses University of Franche-Comté). Studies have shown that the extraction of chitin can be done by biological processes, including enzymatic extraction or microbiological fermentation, particularly for the deproteinization step.
Parmi les recherches sur la voie fermentaire, celles menées par Beaney utilisent comme matrice d'étude l'exosquelette de la crevette Nephrops norvegius (Beaney P., Lizardi- Mendoza J. et Healy M., J. Chem. Tech. Biotech., 2005, 80, 145-150). Dans cette étude, la chitine est extraite par fermentation lactique en présence de souches bactériennes pendant 5 jours à 30°C. L'acidification du milieu, due à la production d'acide lactique par les bactéries, conduit à une déminéralisation partielle tandis que les bactéries assurent la déprotéinisation. Dans cette étude, le pH diminue jusqu'à une valeur de 3,5 après 7 jours de fermentation. Toutefois, dans ces conditions, la chitine extraite contient encore 13% de protéines et 14% de minéraux. Une chitine plus pure peut ensuite être obtenue en réalisant des traitements chimiques supplémentaires. Ce type de méthode ne permet donc pas d'obtenir directement une chitine de bonne qualité, limitant ses applications. Une autre étude de fermentation microbienne a été menée pour extraire la chitine de carapaces de crabes rouges par co-fermentation des carapaces en présence de deux bactéries : d'une part Lactobacillus paracasei tolerans KCTC-3074, qui est une bactérie produisant de l'acide lactique, et d'autre part Serratia marcescens FS-3, qui est une bactérie produisant des protéases extracellulaires (Jung W., Jo G., Kuk J., Kim K. et Park R., Appl. Microbiol. Biotechnol., 2006, 71, 234-237). La co-fermentation a été maintenue pendant 7 jours à 30°C et a conduit à un pourcentage de déminéralisation de 97,2% et un pourcentage de déprotéinisation de seulement 52,6%. La chitine obtenue n'a pas été caractérisée dans cette étude mais le faible taux de déprotéinisation est limitant quant à son utilisation. Une autre étude de fermentation microbienne a été menée par la même équipe, avec une souche bactérienne produisant des protéases pour déprotéiniser et déminéraliser des coproduits marins (Jo G., Jung W., Kuk J., Oh K., Kim Y. et Park R., Carbohydrate polymers, 2008, 74, 504-508). Un essai de fermentation a été mené pendant 7 jours à 30°C, en présence de 10% de souche bactérienne, et a conduit à un taux de déprotéinisation et de déminéralisation respectivement de 84% et 47%. La déminéralisation est comme précédemment due à la diminution du pH au cours du temps (pH 5,6 après 7 jours de fermentation), liée à la production d'acide par les bactéries. Le faible degré de pureté des chitines obtenues est limitant quant à ses applications et cette méthode, comme la précédente, présente l'inconvénient de nécessiter un temps de réaction très long. Les meilleurs rendements de déminéralisation et de déprotéinisation par voie fermentaire en deux étapes on été obtenus par Waldeck (Waldeck J., Daum G., Bisping B. et Meinhardt F., Appl. Env. Microbiol., 2006, 72 (12), 7879-7885). Après une fermentation de 6 jours de 42 à 55°C, suivie d'un traitement à l'acide lactique de 3h, la teneur résiduelle en protéines est inférieure à 10% et le taux de déminéralisation est égal à 98,8%. Comme dans l'étude de Jo et al., le temps de réaction est relativement long. Among the researches on the fermentation route, those carried out by Beaney use as a study matrix the exoskeleton of the Nephrops norvegius shrimp (Beaney P., Lizardi-Mendoza J. and Healy M., J. Chem., Tech Biotech. 2005, 80, 145-150). In this study, chitin is extracted by lactic fermentation in the presence of bacterial strains for 5 days at 30 ° C. The acidification of the medium, due to the production of lactic acid by the bacteria, leads to a partial demineralization while the bacteria ensure the deproteinization. In this study, the pH decreases to 3.5 after 7 days of fermentation. However, under these conditions, the extracted chitin still contains 13% protein and 14% minerals. A more pure chitin can then be obtained by performing additional chemical treatments. This type of method does not therefore make it possible to directly obtain a chitin of good quality, limiting its applications. Another microbial fermentation study was conducted to extract chitin from shells of red crabs by co-fermenting shells in the presence of two bacteria: on the one hand Lactobacillus paracasei tolerans KCTC-3074, which is an acid-producing bacterium lactic acid, and on the other hand Serratia marcescens FS-3, which is a bacterium producing extracellular proteases (Jung W., Jo G., Kuk J., Kim K. and Park R., Appl Microbiol Biotechnol., 2006 , 71, 234-237). Co-fermentation was maintained for 7 days at 30 ° C and resulted in a demineralization percentage of 97.2% and a deproteinization percentage of only 52.6%. The chitin obtained was not characterized in this study but the low rate of deproteinization is limiting as to its use. Another microbial fermentation study was conducted by the same team, with a bacterial strain producing proteases to deproteinize and demineralize marine co-products (Jo G., Jung W., Kuk J., Oh K., Kim Y. and Park R., Carbohydrate Polymers, 2008, 74, 504-508). A fermentation test was conducted for 7 days at 30 ° C., in the presence of 10% of bacterial strain, and led to a deproteinization and demineralization rate of 84% and 47%, respectively. Demineralization is like previously due to the decrease in pH over time (pH 5.6 after 7 days of fermentation), related to acid production by bacteria. The low degree of purity of the chitins obtained is limiting as to its applications and this method, like the previous one, has the disadvantage of requiring a very long reaction time. The best yields of two-step demineralization and deproteinization were obtained by Waldeck (Waldeck J., Daum G., Bisping B. and Meinhardt F., Appl., Microbiol., 2006, 72 (12)). 7879-7885). After a 6-day fermentation of 42 to 55 ° C, followed by a lactic acid treatment of 3h, the residual protein content is less than 10% and the demineralization rate is equal to 98.8%. As in the study by Jo et al., The reaction time is relatively long.
L'extraction de la chitine par voie fermentaire conduit donc à une chitine avec un taux de protéines résiduelles plus important que dans le cas de l'extraction chimique et des traitements supplémentaires sont souvent nécessaires pour améliorer la déminéralisation. De plus, les temps de réaction sont beaucoup plus longs que par la voie chimique. L'extraction de la chitine par voie biologique peut également se faire par extraction enzymatique. The extraction of chitin by fermentation therefore leads to a chitin with a higher level of residual proteins than in the case of chemical extraction and additional treatments are often necessary to improve the demineralization. In addition, the reaction times are much longer than by the chemical route. The extraction of chitin by biological means can also be done by enzymatic extraction.
Un procédé d'extraction de la chitine comprenant l'élimination des protéines grâce à l'activité enzymatique de viscères de poissons a été proposé dans la demande de brevet internationale WO 86/06082. En particulier, le procédé décrit dans cette demande de brevet comprend l'extraction de la chitine de carapaces de crevettes par déminéralisation en avec un acide suivie d'une déprotéinisation par utilisation de viscères de poissons, éventuellement pré-ensilés à pH 1,2-2,5. La matière première, i.e. les carapaces de crevettes, est tout d'abord ensilée dans une solution d'acide sulfurique. L'ensilage permet de conserver la matière première avant utilisation et permet sa déminéralisation. Dans un second temps, les carcasses pré-ensilées sont mises en contact avec les viscères de poisson pour la déprotéinisation. Les caractéristiques de la chitine obtenue par ce procédé en deux étapes ne sont pas précisées. A chitin extraction method comprising the removal of proteins by the enzymatic activity of fish viscera has been proposed in International Patent Application WO 86/06082. In particular, the process described in this patent application comprises the extraction of shrimp shell chitin by demineralization with an acid followed by deproteinization using fish viscera, optionally pre-ensiled at pH 1.2. 2.5. The raw material, i.e. shrimp shells, is first ensiled in a solution of sulfuric acid. Silage preserves the raw material before use and allows its demineralization. In a second step, the pre-ensiled carcasses are brought into contact with the fish viscera for deproteinization. The characteristics of the chitin obtained by this two-step process are not specified.
L'extraction enzymatique peut également se faire en utilisant une enzyme purifiée, le plus souvent une enzyme protéolytique. C'est par exemple le cas dans l'étude menée par N. Gagné, avec l'utilisation de la chymotrypsine ou de la papaïne pour extraire la chitine de carapaces de crevettes (Gagné N. « Production of chitin and chitosan from crustacean waste and their use as food processing aid », 1993, Université McGill - Montréal, manuscrit de thèse). Après une étape de déminéralisation chimique classique, les protéines présentes sont hydrolysées par les enzymes. Les conditions optimales de déprotéinisation font en particulier appel à un pH de 8,0-8,7 pour la chymotrypsine et la papaïne. Dans les conditions utilisées, le taux résiduel en protéines est très faible (1,3% et 2,8% pour la chymotrypsine et la papaïne respectivement). Enzymatic extraction can also be done using a purified enzyme, most often a proteolytic enzyme. This is the case, for example, in the study conducted by N. Winned with the use of chymotrypsin or papain to extract chitin from shrimp shells (Gagné N. "Production of chitin and chitosan from crustacean waste and their use of food processing aids", 1993, McGill University - Montreal, thesis manuscript). After a conventional chemical demineralization step, the proteins present are hydrolysed by the enzymes. The optimal conditions for deproteinization in particular use a pH of 8.0-8.7 for chymotrypsin and papain. Under the conditions used, the residual protein level is very low (1.3% and 2.8% for chymotrypsin and papain respectively).
Le même type de procédé a été utilisé par Synowiecki et Al Khateeb pour réaliser la digestion enzymatique de carapaces de crevettes, préalablement déminéralisées à l'acide chlorhydrique, à l'aide de l'alcalase, à 55°C et pH 8,5 (Synowiecki J. et Al Khateeb, Food Chemistry, 2000, 68, 147-152) The same type of process was used by Synowiecki and Al Khateeb to carry out the enzymatic digestion of shrimp shells, previously demineralized with hydrochloric acid, using alkalase, at 55 ° C. and pH 8.5 ( Synowiecki J. and Al Khateeb, Food Chemistry, 2000, 68, 147-152)
Une méthode de production de la chitine faisant appel à une étape d'hydrolyse enzymatique a été brevetée (CN1715255). Ce procédé offre une approche globale de l'exploitation de la matière première puisque des composés autres que la chitine sont également extraits de carapaces de crevettes. En particulier, ce procédé comprend une étape d'hydrolyse enzymatique suivie d'une extraction par un solvant. La partie solide obtenue est ensuite mise en présence d'acide chlorhydrique pour assurer la déminéralisation et finir d'extraire la chitine. Tous les procédés d'extraction enzymatique de la chitine actuellement décrits font appel à une étape indépendante de déminéralisation chimique classique, avant ou après l'étape d'hydrolyse enzymatique. Ainsi, même si l'étape de déprotéinisation est réalisée par un procédé biologique, il reste toujours une étape chimique nécessitant des lavages et produisant des effluents pollués et pouvant affecter les propriétés de la chitine extraite. Les procédés actuels ne sont donc pas satisfaisants et il existe un besoin pour des méthodes d'extractions de la chitine qui soient simples, rapides, efficaces, peu coûteuses et plus respectueuses de l'environnement. Ces méthodes doivent permettre de produire des chitines dont la pureté soit compatible avec une utilisation en agroalimentaire, diététique ou cosmétique. De plus, les chitines produites doivent répondre aux spécifications nécessaires pour être transformées en chitosan, oligo-chitosan ou glucosamines, etc.. En particulier, le degré de polymérisation de la chitine doit être suffisamment élevé et elle ne doit pas être dénaturée au cours du processus. A method of producing chitin using an enzymatic hydrolysis step has been patented (CN1715255). This process offers a global approach to the exploitation of the raw material since compounds other than chitin are also extracted from shrimp shells. In particular, this process comprises an enzymatic hydrolysis step followed by extraction with a solvent. The solid part obtained is then brought into the presence of hydrochloric acid to ensure the demineralization and finish extracting the chitin. All presently described chitin enzymatic extraction methods use an independent conventional chemical demineralization step, before or after the enzymatic hydrolysis step. Thus, even if the deproteinization step is carried out by a biological process, there is always a chemical step requiring washing and producing polluted effluents and may affect the properties of the extracted chitin. Current processes are therefore unsatisfactory and there is a need for chitin extraction methods that are simple, fast, efficient, inexpensive and more environmentally friendly. These methods must make it possible to produce chitines whose purity is compatible with a use in agri-food, dietary or cosmetic. In addition, chitin produced must meet specifications necessary to be transformed into chitosan, oligo-chitosan or glucosamines, etc. In particular, the degree of polymerization of chitin must be sufficiently high and it must not be denatured during the process.
En outre, d'autres composés sont potentiellement valorisables à partir des co-produits de crustacés et d'insectes, notamment en nutraceutique, diététique ou cosmétique. En effet, ces co-produits marins et d'insectes contiennent des composés solubles tels que des lipides, des pigments, des sucres, des sels minéraux, des acides aminés ou des peptides. Des extractions ciblées de ces composés solubles ont été mises au point, comme par exemple l'extraction des pigments et en particulier de l'astaxanthine qui est utilisé en agroalimentaire (US 7,241,463). Toutefois, ces procédés ciblés sur l'extraction des composés solubles nécessitent des étapes supplémentaires pour conduire à l'extraction de la chitine. In addition, other compounds are potentially valuable from co-products of crustaceans and insects, including nutraceutical, dietary or cosmetic. Indeed, these marine by-products and insects contain soluble compounds such as lipids, pigments, sugars, mineral salts, amino acids or peptides. Targeted extractions of these soluble compounds have been developed, such as, for example, the extraction of pigments and in particular astaxanthin which is used in food processing (US Pat. No. 7,241,463). However, these methods targeted to the extraction of soluble compounds require additional steps to lead to the extraction of chitin.
Dans les procédés actuels d'extractions de la chitine, cette dernière est obtenue sous forme solide et les phases liquides d'extraction, contenant les composés solubles potentiellement intéressants, ne sont pas valorisées. Cette absence de valorisation peut notamment s'expliquer par la faible qualité des composés solubles présents dans les phases liquides. En effet, dans ces procédés d'extraction de la chitine, les composés solubles sont souvent dégradés en raison des conditions relativement drastiques utilisées. In the present methods of extracting chitin, the latter is obtained in solid form and the liquid extraction phases, containing the potentially interesting soluble compounds, are not valued. This lack of recovery can be explained in particular by the low quality of the soluble compounds present in the liquid phases. In fact, in these chitin extraction processes, the soluble compounds are often degraded because of the relatively drastic conditions used.
Il existe donc un besoin pour une purification de la chitine par une méthode à la fois plus respectueuse de sa structure initiale et susceptible d'être associée à la co-extraction des produits solubles. There is therefore a need for purification of chitin by a method both more respectful of its initial structure and likely to be associated with the co-extraction of soluble products.
La Demanderesse a mené des recherches afin d'aboutir à une valorisation totale des parties de la biomasse animale contenant de la chitine, notamment une valorisation totale des coproduits marins, en particulier les carapaces de crustacés ainsi que de la biomasse entomologique, en particulier les carapaces d'insectes. En particulier, des procédés de co- extraction ont été étudiés compte tenus de leurs avantages par rapport aux extractions ciblées. RÉSUMÉ The Applicant has conducted research to achieve a total recovery of the parts of the animal biomass containing chitin, including a total valuation of marine byproducts, especially shells of shellfish and entomological biomass, especially shells insects. In particular, coextraction methods have been studied in view of their advantages over targeted extractions. ABSTRACT
L'invention a donc pour objet un procédé d'extraction enzymatique de la chitine, caractérisé en ce que ledit procédé est réalisé en une seule étape, ci-après dénommée « étape unique », dans laquelle la chitine est obtenue par hydrolyse enzymatique de biomasse animale comprenant de la chitine, ladite hydrolyse enzymatique mettant en œuvre une enzyme active en milieu acide. The subject of the invention is therefore a process for the enzymatic extraction of chitin, characterized in that the said process is carried out in a single step, hereinafter referred to as the "single step", in which the chitin is obtained by enzymatic hydrolysis of biomass. animal comprising chitin, said enzymatic hydrolysis using an active enzyme in an acidic medium.
Selon un mode de réalisation, ladite étape unique est une hydrolyse enzymatique ayant pour fonction de déprotéiniser et de déminéraliser simultanément des co-produits marins. According to one embodiment, said single step is an enzymatic hydrolysis whose function is to simultaneously deproteinize and demineralize marine by-products.
Selon un mode de réalisation, ladite enzyme active en milieu acide est une protéase à large spectre d'activité en milieu acide, de préférence la pepsine ou une protéase acide stable. According to one embodiment, said acid-active enzyme is a protease with a broad spectrum of activity in an acidic medium, preferably pepsin or a stable acidic protease.
Selon un mode de réalisation, la concentration en enzyme utilisée pour l'hydrolyse est de 0,1 à 75%, de préférence de 5 à 30%, plus préférentiellement d'environ 23 à environ 27% en masse par rapport à la masse de protéines estimée dans la matière première. According to one embodiment, the enzyme concentration used for the hydrolysis is from 0.1 to 75%, preferably from 5 to 30%, more preferably from approximately 23 to approximately 27% by weight relative to the mass of estimated protein in the raw material.
Selon un mode de réalisation, le milieu acide est obtenu par la présence d'un acide, de préférence un acide alimentaire, plus préférentiellement l'acide phosphorique ou l'acide formique. According to one embodiment, the acidic medium is obtained by the presence of an acid, preferably a food acid, more preferably phosphoric acid or formic acid.
Selon un mode de réalisation, ladite biomasse animale comprenant de la chitine comprend des co-produits marins, de préférence des co-produits marins issus de crustacés, de préférence de crevettes, de crabes ou de krill, ou de céphalopodes, de préférence de calmars ou de seiches. According to one embodiment, said animal biomass comprising chitin comprises marine by-products, preferably marine by-products derived from crustaceans, preferably shrimps, crabs or krill, or cephalopods, preferably squid. or cuttlefish.
Selon un mode de réalisation, ladite biomasse animale comprenant de la chitine comprend des co-produits d'insectes, de préférence des co-produits d'insectes issus de coléoptères ou d'hyménoptère. According to one embodiment, said animal biomass comprising chitin comprises insect by-products, preferably insect by-products derived from coleopterans or hymenoptera.
Selon un mode de réalisation, ledit procédé comprend en outre des opérations de lavage, de séchage et/ou de broyage de la matière première, de préférence des opération de lavage à l'eau, de séchage à froid et/ou de broyage conduisant à des fragments de taille inférieur à 1 mm. Selon un mode de réalisation, ledit procédé comprend en outre en outre des opérations de traitement du milieu réactionnel à la fin de l'hydrolyse enzymatique, lesdites opérations comprenant des opérations de séparation des phases solides et liquides, de rinçage et/ou de séchage de la partie insoluble, de préférence des opérations de filtration, de rinçage à l'eau et/ou de séchage dans une étuve. According to one embodiment, said method further comprises operations for washing, drying and / or grinding the raw material, preferably washing with water, cold drying and / or grinding operations leading to fragments smaller than 1 mm in size. According to one embodiment, said method also further comprises operations for treating the reaction medium at the end of the enzymatic hydrolysis, said operations comprising solid and liquid phase separation, rinsing and / or drying operations. the insoluble part, preferably filtration, rinsing with water and / or drying in an oven.
L'invention a également pour objet un procédé d'optimisation dudit procédé d'extraction enzymatique de la chitine, caractérisé en ce que ledit procédé d'optimisation comprend au moins une des étapes suivantes : a) choix du pH du milieu acide dans la gamme pHenz±0-2, de préférence pHenz±0-l,5, de préférence pHenz±0-l, où pHenz est le pH auquel l'enzyme présente un maximum d'activité, b) choix de la température du milieu acide dans la gamme Tenz±0-20°C, de préférence Tenz±0-15°C, de préférence Tenz±0-10°C, où Tenz est la température à laquelle l'enzyme présente un maximum d'activité, c) détermination de la teneur en minéraux et en protéines de la matière première, d) calcul de la concentration en acide à utiliser dans le milieu réactionnel, en fonction de la teneur en minéraux de la matière première, étant entendu que suivant un mode de réalisation préféré, le pH est choisi de manière à ce que le milieu réactionnel soit maintenu tout au long de l'hydrolyse enzymatique au pH choisi à l'étape a), e) calcul de la proportion d'enzyme à utiliser par rapport la teneur en protéines de la matière première, f) détermination de la durée de la réaction permettant d'obtenir la chitine ou les dérivés de chitine souhaités. The subject of the invention is also a process for optimizing said enzymatic extraction process of chitin, characterized in that said optimization method comprises at least one of the following steps: a) choice of the pH of the acidic medium in the range enz ± pH 0-2, preferably pH enz ± 0-l, 5, preferably pH enz ± 0-l, wherein enz pH is the pH at which the enzyme exhibits maximum activity, b) selecting the temperature of the acid medium in the range T in ± 0-20 ° C, preferably T enz ± 0-15 ° C, preferably T enz ± 0-10 ° C, where T enz is the temperature at which the enzyme exhibits maximum activity, c) determination of the mineral and protein content of the raw material, d) calculation of the acid concentration to be used in the reaction medium, as a function of the mineral content of the raw material, being understood that according to a preferred embodiment, the pH is chosen so that the reaction medium is maintained throughout the enzymatic hydrolysis at the pH chosen in step a), e) calculation of the proportion of enzyme to be used in relation to the protein content of the raw material, f) determination of the duration of the reaction to obtain the desired chitin or chitin derivatives.
L'invention a en outre pour objet la chitine susceptible d'être obtenue par le procédé de l'invention. L'invention a également pour objet le chitosan susceptible d'être obtenu par désacétylation de la chitine selon l'invention. The invention further relates to the chitin obtainable by the method of the invention. The subject of the invention is also chitosan capable of being obtained by deacetylation of the chitin according to the invention.
L'invention a également pour objet une composition comprenant la chitine selon l'invention et/ou le chitosan selon l'invention. The subject of the invention is also a composition comprising chitin according to the invention and / or chitosan according to the invention.
L'invention a également pour objet une composition pharmaceutique comprenant la chitine selon l'invention et/ou le chitosan selon l'invention, une composition cosmétique comprenant la chitine selon l'invention et/ou le chitosan selon l'invention, un dispositif médical comprenant la chitine selon l'invention et/ou le chitosan selon l'invention The subject of the invention is also a pharmaceutical composition comprising chitin according to the invention and / or chitosan according to the invention, a cosmetic composition comprising chitin according to the invention and / or chitosan according to the invention, a medical device comprising chitin according to the invention and / or chitosan according to the invention
L'invention a également pour objet un produit alimentaire, une composition nutraceutique, une composition diététique, un complément alimentaire ou un aliment fonctionnel comprenant la chitine selon l'invention et/ou le chitosan selon l'invention. The invention also relates to a food product, a nutraceutical composition, a dietary composition, a food supplement or a functional food comprising chitin according to the invention and / or chitosan according to the invention.
L'invention a également pour objet une composition comprenant la chitine selon l'invention et/ou le chitosan selon l'invention pour son utilisation dans le traitement, la filtration et/ou la dépollution d'eaux. The subject of the invention is also a composition comprising chitin according to the invention and / or chitosan according to the invention for its use in the treatment, filtration and / or depollution of water.
L'invention a également pour objet un agent texturant comprenant la chitine selon l'invention et/ou le chitosan selon l'invention. The subject of the invention is also a texturing agent comprising the chitin according to the invention and / or the chitosan according to the invention.
DÉFINITIONS DEFINITIONS
Dans la présente invention, les termes suivants sont définis comme suit : In the present invention, the following terms are defined as follows:
« chitine » fait référence aux polysaccharides de N-acétyl-glucosamines et glucosamines, "Chitin" refers to polysaccharides of N-acetylglucosamines and glucosamines,
« chitosan » fait référence à des produits de désacétylation de la chitine. La frontière entre le chitosan et la chitine correspond à un degré d'acétylation de 50% : en deçà, le composé est nommé chitosan, au-delà, chitine. « biomasse animale » fait référence à l'ensemble des matières organiques d'origine animale. "Chitosan" refers to products of deacetylation of chitin. The border between chitosan and chitin corresponds to a degree of acetylation of 50%: below, the compound is called chitosan, beyond, chitin. "Animal biomass" refers to all organic matter of animal origin.
« co-produits marins » fait référence aux parties non utilisées par l'industrie agroalimentaire dans les produits marins, notamment les carapaces et têtes des crustacés. "Marine co-products" refers to parts not used by the agri-food industry in marine products, including shells and heads of crustaceans.
« co-produits entomologiques » ou « co-produits d'insectes » fait référence aux parties non utilisées par l'industrie agroalimentaire dans les produits entomologiques, notamment les carapaces et têtes des insectes. "Entomological co-products" or "insect co-products" refers to the parts not used by the agri-food industry in entomological products, including the shells and heads of insects.
« degré de polymérisation » fait référence à la longueur d'une chaîne polymère, en particulier la chitine. Le degré de polymérisation correspond au nombre d'unités monomères constitutives de la chaîne polymère. "Degree of polymerization" refers to the length of a polymer chain, especially chitin. The degree of polymerization corresponds to the number of constituent monomer units of the polymer chain.
« indice de cristallinité » fait référence à la proportion de matière se trouvant à l'état cristallin. "Crystallinity index" refers to the proportion of matter in the crystalline state.
« déminéralisation » fait référence à un procédé d'élimination des minéraux. "Demineralization" refers to a process of removing minerals.
« déprotéinisation » fait référence à un procédé d'élimination des protéines. "Deproteinization" refers to a process of protein removal.
« dépolymérisation » fait référence à la réduction de la longueur de la chaîne polymérique de la chitine. "Depolymerization" refers to the reduction of the length of the polymer chain of chitin.
« désacétylation » fait référence à l'élimination des groupements acétyles et correspond au passage de la chitine au chitosan. "Deacetylation" refers to the elimination of acetyl groups and corresponds to the passage of chitin to chitosan.
« teneur en humidité » fait référence au pourcentage massique d'eau contenue dans un échantillon. "Moisture content" refers to the mass percentage of water contained in a sample.
« teneur en protéines » fait référence au pourcentage massique de protéines contenues dans un échantillon. "Protein content" refers to the mass percentage of protein contained in a sample.
« teneur en minéraux » fait référence au pourcentage massique de minéraux contenus dans un échantillon. « teneur en chitine » fait référence au pourcentage massique de chitine contenue dans un échantillon. "Mineral content" refers to the mass percentage of minerals in a sample. "Chitin content" refers to the mass percentage of chitin contained in a sample.
« environ », placé devant un nombre, signifie plus ou moins 10% de la valeur nominale de ce nombre. Sauf mention contraire, les pourcentages sont des pourcentages massiques.  "About" in front of a number means plus or minus 10% of the face value of that number. Unless otherwise stated, percentages are percentages by mass.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DETAILED DESCRIPTION
La présente invention concerne un procédé d'extraction enzymatique en une seule étape de la chitine, à partir d'une matière première issue de la biomasse animale et comprenant de la chitine, de préférence une matière première constituée de co-produits marins et/ou de coproduits entomologiques, mettant en œuvre une enzyme active en milieu acide, de préférence une protéase, l'acide utilisé étant de préférence un acide alimentaire, ce procédé permettant également d'extraire des composés solubles tels que des lipides, pigments, sucres, sels minéraux, acides aminés ou peptides. Dans la présente invention, les deux étapes clés du procédé traditionnel d'extraction de la chitine, à savoir, la déminéralisation en milieu acide et la déprotéinisation en milieu alcalin, sont fusionnées en une seule étape. Cette fusion en une seule étape est permise grâce à l'utilisation d'une enzyme dont le pH optimal d'activité est acide : l'enzyme assure la déprotéinisation, tandis que le pH acide permet de réaliser simultanément la déminéralisation. The present invention relates to a process for the single-step enzymatic extraction of chitin from a raw material derived from animal biomass and comprising chitin, preferably a raw material consisting of marine by-products and / or entomological co-products, using an active enzyme in an acid medium, preferably a protease, the acid used being preferably a food acid, this process also making it possible to extract soluble compounds such as lipids, pigments, sugars, salts minerals, amino acids or peptides. In the present invention, the two key steps of the traditional chitin extraction process, namely, acid demineralization and deproteinization in an alkaline medium, are fused in a single step. This one-step fusion is permitted through the use of an enzyme whose optimal pH of activity is acidic: the enzyme ensures the deproteinization, while the acidic pH allows for simultaneous demineralization.
Le procédé de l'invention ne comprenant qu'une seule étape clé, il présente l'avantage de réduire les pertes de matière liées au rinçage entre les deux étapes du procédé traditionnel. Ce procédé permet également de diminuer la consommation en réactifs et en solvants et de limiter la production d'effluents pollués. Ce procédé est donc à la fois peu coûteux et respectueux de l'environnement. Since the method of the invention comprises only a single key step, it has the advantage of reducing the losses of matter related to rinsing between the two steps of the traditional process. This process also makes it possible to reduce the consumption of reagents and solvents and to limit the production of polluted effluents. This process is both inexpensive and environmentally friendly.
Les conditions utilisées dans le procédé de la présente invention sont telles que l'activité biologique des chitines, ainsi que leur structure native, sont mieux préservées que dans les procédés d'extraction existants à ce jour. Le procédé de la présente invention a pour avantage qu'il permet la déstructuration de la matrice des co-produits de crustacés et/ou d'insectes par séparation de la chitine, des protéines et des minéraux, ces trois composés majeurs étant initialement fortement liés. The conditions used in the process of the present invention are such that the biological activity of the chitins, as well as their native structure, are better preserved than in the extraction methods existing to date. The method of the present invention has the advantage that it allows the destructuration of the crustacean and / or insect co-product matrix by separation of chitin, proteins and minerals, these three major compounds being initially strongly bound .
Le procédé selon l'invention comprend une étape d'hydrolyse enzymatique en milieu acide assurant simultanément la déminéralisation et la déprotéinisation. Les minéraux et les protéines sont désolidarisés de la phase solide et entraînés dans la phase liquide. The method according to the invention comprises an enzymatic hydrolysis step in an acidic medium simultaneously ensuring demineralization and deproteinization. The minerals and proteins are separated from the solid phase and entrained in the liquid phase.
Selon un mode de réalisation, le procédé de la présente invention peut comprendre, en plus de l'étape d'hydrolyse enzymatique en milieu acide, des opérations de préparation et de traitement : According to one embodiment, the method of the present invention may comprise, in addition to the enzymatic acid hydrolysis step, preparation and treatment operations:
- préparation de la matière première,  - preparation of the raw material,
préparation d'un milieu réactionnel en fonction des conditions optimales d'activité enzymatique et comprenant au moins un acide,  preparation of a reaction medium according to the optimal conditions of enzymatic activity and comprising at least one acid,
mélange de la matière première préparée dans le milieu réactionnel, homogénéisation et ajout de l'enzyme,  mixture of the raw material prepared in the reaction medium, homogenization and addition of the enzyme,
- étape d'hydrolyse enzymatique à température, pH et agitation maîtrisés : réactions simultanées de déprotéinisation et de déminéralisation pendant une durée optimisée,  enzymatic hydrolysis step at controlled temperature, pH and stirring: simultaneous deproteinization and demineralization reactions for an optimized duration,
séparation des parties solubles et insolubles du « jus réactionnel »,  separation of the soluble and insoluble parts of the "reaction juice",
lavage de la partie « insoluble », séchage et conditionnement,  washing of the "insoluble" part, drying and conditioning,
- optionnellement, caractérisation des produits extraits.  - optionally, characterization of the extracted products.
Matière première Raw material
Par « matière première », au sens de la présente invention, on entend la biomasse animale comprenant de la chitine utilisée pour en extraire la chitine, de préférence les co-produits marins utilisés pour en extraire la chitine et/ou les co-produits entomologiques utilisés pour en extraire la chitine. For the purposes of the present invention, the term "raw material" is intended to mean animal biomass comprising chitin used for extracting chitin, preferably marine by-products used to extract chitin and / or entomological co-products. used to extract chitin.
Suivant un mode de réalisation, la matière première utilisée dans le procédé de la présente invention comprend des co-produits marins, de préférence des crustacés, crevettes, crabes, du krill, plus préférentiellement des carapaces et des têtes de crustacés ; selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la matière première est issue de céphalopodes, de préférence de calmars ou de seiches. According to one embodiment, the raw material used in the process of the present invention comprises marine by-products, preferably crustaceans, shrimps, crabs, krill, more preferentially shells and crustacean heads; according to a mode of Particular embodiment of the invention, the raw material is derived from cephalopods, preferably squid or cuttlefish.
Suivant un mode de réalisation, la matière première utilisée dans le procédé de la présente invention comprend des co-produits entomologiques, de préférence des coléoptères tels que le scarabé Tenebrio molitor, des hyménoptères tels que la mouche Hermetia illucens, plus préférentiellement des carapaces et des têtes d'insectes. According to one embodiment, the raw material used in the process of the present invention comprises entomological co-products, preferably beetles such as the beetle Tenebrio molitor, hymenopterans such as the fly Hermetia illucens, more preferentially carapaces and caries. insect heads.
L'opération de préparation de la matière première doit permettre de conserver ses qualités tout en répondant aux exigences du procédé. The operation of preparation of the raw material must allow to preserve its qualities while meeting the requirements of the process.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la préparation de la matière première comprend des opérations de nettoyage, de séchage et/ou de broyage. According to one embodiment of the present invention, the preparation of the raw material comprises cleaning, drying and / or grinding operations.
Selon un mode de réalisation, la matière première est nettoyée à l'eau. According to one embodiment, the raw material is cleaned with water.
Selon un mode de réalisation, la matière première est séchée de lh à 36h de préférence pendant environ 18h, de préférence sous air ventilé, de préférence à une température de 5 à 35°C, plus préférentiellement d'environ 12°C. Selon un mode de réalisation, la matière première est broyée pour obtenir des fragments de diamètre maximal égal à environ 10 mm, de préférence de diamètre inférieur à environ 1 mm. According to one embodiment, the raw material is dried for 1h to 36h preferably for about 18h, preferably in ventilated air, preferably at a temperature of 5 to 35 ° C, more preferably about 12 ° C. According to one embodiment, the raw material is milled to obtain fragments with a maximum diameter of about 10 mm, preferably less than about 1 mm in diameter.
Selon un mode de réalisation, la matière première, de préférence préparée par nettoyage, séchage et broyage, est stockée avant extraction à une température comprise entre -30 et - 10°C, de préférence à -20°C, de préférence en limitant la présence d'oxygène. Milieu réactionnel According to one embodiment, the raw material, preferably prepared by cleaning, drying and grinding, is stored before extraction at a temperature between -30 and -10 ° C, preferably at -20 ° C, preferably by limiting the presence of oxygen. Reaction medium
Par « milieu réactionnel », au sens de la présente invention, on entend le milieu dans lequel la réaction d'hydrolyse enzymatique en milieu acide se déroule. For the purpose of the present invention, the term "reaction medium" is intended to mean the medium in which the enzymatic hydrolysis reaction in acidic medium takes place.
La préparation du milieu réactionnel doit prendre en compte les conditions d'activité de l'enzyme utilisée telles que la température, le solvant et le pH. Le choix de ces conditions permet d'optimiser la durée de réaction et les rendements. Selon un mode de réalisation, le milieu réactionnel est maintenu pendant l'hydrolyse enzymatique à une température comprise entre 2 et 80°C, de préférence entre 35 et 45°C, plus préférentiellement d'environ 37 à environ 40°C. The preparation of the reaction medium must take into account the activity conditions of the enzyme used, such as temperature, solvent and pH. The choice of these conditions makes it possible to optimize the reaction time and the yields. According to one embodiment, the reaction medium is maintained during the enzymatic hydrolysis at a temperature of between 2 and 80 ° C., preferably between 35 and 45 ° C., more preferably between approximately 37 and approximately 40 ° C.
Selon un mode de réalisation, la température du milieu réactionnel est adaptée à l'enzyme utilisée afin que ladite enzyme ait une activité quasi-optimale pendant toute la durée l'hydrolyse enzymatique. According to one embodiment, the temperature of the reaction medium is adapted to the enzyme used so that said enzyme has a quasi-optimal activity for the duration of the enzymatic hydrolysis.
Selon un mode de réalisation, le milieu réactionnel est maintenu pendant l'hydrolyse enzymatique à une température comprise dans la gamme Tenz±0 à 20°C, de préférence Tenz± 0 à 15°C, de préférence Tenz± 0 à 10°C, où Tenz est la température à laquelle l'enzyme présente un maximum d'activité. La température choisie ne doit pas entraîner la dégradation de l'enzyme ou inhiber son action. Avantageusement, la température du milieu réactionnel est inférieure à Tenz de manière à limiter la consommation énergétique. According to one embodiment, the reaction medium is maintained during the enzymatic hydrolysis at a temperature in the range T in ± 0 to 20 ° C, preferably T in ± 0 to 15 ° C, preferably T enz ± 0 to 10 ° C, where T enz is the temperature at which the enzyme exhibits maximum activity. The chosen temperature must not cause the degradation of the enzyme or inhibit its action. Advantageously, the temperature of the reaction medium is lower than T enz so as to limit the energy consumption.
Selon un mode de réalisation, le pH du milieu réactionnel est de 0,5 à 6,5, de préférence de 1,8 à 3,8, plus préférentiellement d'environ 1,9 à environ 2,1. Dans le cas où l'enzyme est la pepsine, le pH du milieu réactionnel est préférentiellement d'environ 1,9 à environ 2,1. According to one embodiment, the pH of the reaction medium is from 0.5 to 6.5, preferably from 1.8 to 3.8, more preferably from about 1.9 to about 2.1. In the case where the enzyme is pepsin, the pH of the reaction medium is preferably from about 1.9 to about 2.1.
Selon un mode de réalisation, le pH du milieu réactionnel est acide et sa valeur est adaptée à l'enzyme utilisée afin que ladite enzyme ait une activité optimale. According to one embodiment, the pH of the reaction medium is acidic and its value is adapted to the enzyme used so that said enzyme has an optimal activity.
Selon un mode de réalisation, le pH du milieu réactionnel est compris dans la gamme pHenz±2, de préférence pHenz±l,5, de préférence pHenz±l, où pHenz est le pH auquel l'enzyme présente un maximum d'activité. Le pH choisi doit être acide pour que le rendement d'extraction de la chitine soit suffisant. According to one embodiment, the pH of the reaction medium is within the pH range enz ± 2, preferably pH enz ± l, 5, preferably pH enz ± l, enz where pH is the pH at which the enzyme has a maximum activity. The chosen pH must be acidic so that the extraction yield of chitin is sufficient.
Selon un mode de réalisation, le milieu réactionnel est prêt à être utilisé lorsque les conditions de température et de pH choisies pour la réaction hydrolyse enzymatique sont stabilisées. Selon un premier mode de réalisation, le milieu réactionnel comprend au moins un acide. Selon un second mode de réalisation, le milieu réactionnel comprend en outre un solvant tel que de l'eau ou une solution aqueuse. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'acide utilisé est de préférence un acide alimentaire, de préférence de l'acide phosphorique ou de l'acide formique. According to one embodiment, the reaction medium is ready to be used when the temperature and pH conditions chosen for the enzymatic hydrolysis reaction are stabilized. According to a first embodiment, the reaction medium comprises at least one acid. According to a second embodiment, the reaction medium further comprises a solvent such as water or an aqueous solution. According to one embodiment of the present invention, the acid used is preferably a food acid, preferably phosphoric acid or formic acid.
Lorsque l'acide utilisé dans l'étape d'hydrolyse enzymatique est un acide alimentaire, les produits extraits par la méthode de la présente invention présentent l'avantage de pouvoir être utilisés plus aisément dans les domaines de agroalimentaire ou de la cosmétique. When the acid used in the enzymatic hydrolysis step is a food acid, the products extracted by the method of the present invention have the advantage of being used more easily in the agri-food or cosmetics fields.
Selon un mode de réalisation, la concentration en acide dans le milieu réactionnel est de 0,1 à 6 mol.L 1, de préférence de 0,8 à 2,8 mol.L 1, plus préférentiellement de 0,9 à 1 mol.L"1. According to one embodiment, the concentration of acid in the reaction medium is from 0.1 to 6 mol.L 1 , preferably from 0.8 to 2.8 mol.L 1 , more preferably from 0.9 to 1 mol. .L "1 .
Selon un mode de réalisation, la concentration en acide dans le milieu réactionnel est adaptée à la teneur en minéraux de la matière première utilisée afin que le pH du milieu réactionnel soit acide et reste constant tout au long de l'hydrolyse enzymatique. According to one embodiment, the acid concentration in the reaction medium is adapted to the mineral content of the raw material used so that the pH of the reaction medium is acidic and remains constant throughout the enzymatic hydrolysis.
Enzyme Enzyme
Selon un mode de réalisation, l'enzyme utilisée dans la présente invention est une enzyme active en milieu acide, de préférence une protéase à large spectre d'activité en milieu acide, de préférence la pepsine ou une protéase acide stable. According to one embodiment, the enzyme used in the present invention is an acid-active enzyme, preferably a protease with a broad spectrum of activity in an acid medium, preferably pepsin or a stable acid protease.
Selon un mode de réalisation, la concentration en enzyme dans le milieu réactionnel est adaptée à la teneur en protéines de la matière première utilisée. Suivant un mode de réalisation, la concentration en enzyme est de 0,1 à 75%, de préférence de 5 à 30%, plus préférentiellement d'environ 23 à environ 27% en masse par rapport à la masse de protéines estimée dans la matière première. According to one embodiment, the enzyme concentration in the reaction medium is adapted to the protein content of the raw material used. According to one embodiment, the enzyme concentration is from 0.1 to 75%, preferably from 5 to 30%, more preferably from about 23 to about 27% by weight relative to the weight of proteins estimated in the material. first.
Conditions réactionnelles Reaction conditions
Selon un mode de réalisation, la matière première est mélangée avec le milieu réactionnel et le mélange résultant est optionnellement homogénéisé par agitation pendant 0 à 30 minutes, de préférence pendant 3 à 10 minutes, plus préférentiellement pendant environ 5 minutes. Selon un mode de réalisation, le ratio entre le poids de matière première préparée et le volume de milieu réactionnel est de 1:60 à 2: 1, de préférence de 1 :7 à 1:3, plus préférentiellement égal à 1:5. According to one embodiment, the raw material is mixed with the reaction medium and the resulting mixture is optionally homogenized by stirring for 0 to 30 minutes, preferably for 3 to 10 minutes, more preferably for about 5 minutes. According to one embodiment, the ratio between the weight of raw material prepared and the volume of reaction medium is from 1:60 to 2: 1, preferably from 1: 7 to 1: 3, more preferably equal to 1: 5.
Selon un mode de réalisation, le ratio entre le poids de matière première préparée et le volume de milieu réactionnel est adapté à la taille des fragments de matière première préparée. En particulier, il est tenu compte du fait que lorsque la taille des fragments de matière première diminue, l'absorption de solvant augmente et que par conséquent il est nécessaire d'augmenter le volume de milieu réactionnel. According to one embodiment, the ratio between the weight of raw material prepared and the volume of reaction medium is adapted to the size of the prepared raw material fragments. In particular, it is taken into account that as the size of the raw material fragments decreases, the solvent absorption increases and therefore it is necessary to increase the volume of reaction medium.
L'ajout de la matière première dans le milieu réactionnel acide peut conduire à la formation de mousse en raison de la production de dioxyde de carbone due à la présence de carbonate de calcium dans l'exosquelette des crustacés et des insectes. Selon un mode de réalisation, le récipient utilisé pour réaliser l'hydrolyse enzymatique a un volume adapté pour éviter le débordement de la mousse pouvant se former. Le risque de production de mousse augmente quand la température de l'acide avant le mélange augmente. Selon un mode de réalisation, la température du milieu réactionnel avant l'ajout de la matière première est de 5 à 65°C, de préférence de 20 à 30°C, plus préférentiellement d'environ 25°C. Dans ce mode de réalisation, la température du milieu réactionnel est choisie pour être inférieure à la température à laquelle la réaction d'hydrolyse enzymatique doit être menée et ce afin de limiter la formation de mousse lors de l'ajout de la matière première. The addition of the raw material to the acid reaction medium can lead to foaming due to the production of carbon dioxide due to the presence of calcium carbonate in the exoskeleton of crustaceans and insects. According to one embodiment, the container used to carry out the enzymatic hydrolysis has a volume adapted to prevent overflow of the foam that can form. The risk of foam production increases as the temperature of the acid before mixing increases. According to one embodiment, the temperature of the reaction medium before the addition of the raw material is 5 to 65 ° C, preferably 20 to 30 ° C, more preferably about 25 ° C. In this embodiment, the temperature of the reaction medium is chosen to be less than the temperature at which the enzymatic hydrolysis reaction must be conducted and this in order to limit the formation of foam during the addition of the raw material.
Selon un premier mode de réalisation, l'enzyme est ajoutée directement dans le milieu réactionnel homogénéisé contenant optionnellement la matière première. According to a first embodiment, the enzyme is added directly into the homogenized reaction medium optionally containing the raw material.
Selon un second mode de réalisation, l'enzyme est solubilisée dans de l'eau, ou dans une solution, de préférence une solution aqueuse, puis est ajoutée dans le milieu réactionnel homogénéisé contenant la matière première. According to a second embodiment, the enzyme is solubilized in water, or in a solution, preferably an aqueous solution, and is then added to the homogenized reaction medium containing the raw material.
Selon un mode de réalisation, la réaction d'hydrolyse enzymatique est réalisée sous agitation de manière à optimiser le contact entre la matière première et l'enzyme. Selon un mode de réalisation, les conditions de pH et de température initiales du milieu réactionnel sont maintenues constantes pendant toute la durée de la réaction d'hydrolyse enzymatique. Selon un autre mode de réalisation, les conditions de pH et/ou de température initiales du milieu réactionnel ne sont pas maintenues constantes pendant la durée de la réaction d'hydrolyse enzymatique. According to one embodiment, the enzymatic hydrolysis reaction is carried out with stirring so as to optimize the contact between the raw material and the enzyme. According to one embodiment, the initial pH and temperature conditions of the reaction medium are kept constant throughout the duration of the enzymatic hydrolysis reaction. According to another embodiment, the initial pH and / or temperature conditions of the reaction medium are not kept constant during the duration of the enzymatic hydrolysis reaction.
Selon un mode de réalisation, la réaction d'hydrolyse enzymatique est réalisée dans un réacteur muni d'un dispositif de régulation de la température. Selon un premier mode de réalisation, ledit réacteur est un réacteur à double enveloppe dans laquelle circule un fluide caloporteur, la température dudit fluide pouvant être contrôlée. Selon un second mode de réalisation, ledit réacteur est muni d'une résistance chauffante, la température de ladite résistance pouvant être contrôlée. According to one embodiment, the enzymatic hydrolysis reaction is carried out in a reactor equipped with a device for regulating the temperature. According to a first embodiment, said reactor is a jacketed reactor in which circulates a heat transfer fluid, the temperature of said fluid can be controlled. According to a second embodiment, said reactor is provided with a heating resistor, the temperature of said resistance being controllable.
Selon un premier mode de réalisation, le pH est stable toute la durée de l'hydrolyse enzymatique. Selon un second mode de réalisation, le pH est ajusté, au cours de la réaction d'hydrolyse enzymatique, à la valeur du pKa entre l'acide utilisé et le carbonate de calcium par ajout d'une solution concentrée d'acide, l'acide étant le même que celui utilisé dans le milieu réactionnel. According to a first embodiment, the pH is stable throughout the duration of the enzymatic hydrolysis. According to a second embodiment, the pH is adjusted, during the enzymatic hydrolysis reaction, to the pKa value between the acid used and the calcium carbonate by addition of a concentrated solution of acid, acid being the same as that used in the reaction medium.
Selon un mode de réalisation, la durée de l'hydrolyse enzymatique est de 30 minutes à 24h, de préférence de lh à 12h, de préférence de 3h à 8h, plus préférentiellement d'environ 6 heures. Selon un mode de réalisation, la durée de l'hydrolyse enzymatique est adaptée à l'activité de l'enzyme utilisée pour réaliser la réaction d'hydrolyse enzymatique, à l'acide employé ainsi qu'à la matière première. According to one embodiment, the duration of the enzymatic hydrolysis is 30 minutes to 24 hours, preferably 1 to 12 hours, preferably 3 hours to 8 hours, more preferably about 6 hours. According to one embodiment, the duration of the enzymatic hydrolysis is adapted to the activity of the enzyme used to carry out the enzymatic hydrolysis reaction, the acid employed and the raw material.
Selon un mode de réalisation, la durée de l'hydrolyse enzymatique est adaptée en fonction des caractéristiques désirées pour les produits finaux, telles que le degré de pureté, le degré de polymérisation et le degré d'acétylation. According to one embodiment, the duration of the enzymatic hydrolysis is adapted according to the characteristics desired for the final products, such as the degree of purity, the degree of polymerization and the degree of acetylation.
Selon un mode de réalisation, la réaction enzymatique produit un jus réactionnel comprenant des parties solubles et insolubles. Séparation des produits According to one embodiment, the enzymatic reaction produces a reaction juice comprising soluble and insoluble parts. Separation of products
Selon un mode de réalisation, les parties solubles et insolubles du jus réactionnel sont séparées par tout moyen approprié connu de l'homme du métier. According to one embodiment, the soluble and insoluble portions of the reaction juice are separated by any suitable means known to those skilled in the art.
Selon un premier mode de réalisation, les parties solubles et insolubles sont séparées par filtration. Suivant un mode de réalisation la filtration est réalisée par un système de filtration préservant l'intégrité des structures des composés extraits. Suivant un autre mode de réalisation, la filtration est réalisée par un système de filtration sur presse à membrane. Suivant un autre mode de réalisation, la filtration est réalisée sur toile filtrante, de préférence sur toile à bluter. Suivant un second mode de réalisation, les parties solubles et insolubles sont séparées par centrifugation. According to a first embodiment, the soluble and insoluble parts are separated by filtration. According to one embodiment, the filtration is carried out by a filtration system preserving the integrity of the structures of the extracted compounds. According to another embodiment, the filtration is carried out by a filtration system on a membrane press. According to another embodiment, the filtration is carried out on filter cloth, preferably on cloth to be blotted. In a second embodiment, the soluble and insoluble portions are separated by centrifugation.
Selon un mode de réalisation, la partie insoluble du jus réactionnel contient très majoritairement des chitines et la partie soluble contient divers composés tels que des lipides, des pigments, des sucres, des sels minéraux, des acides aminés ou des peptides. Selon un mode de réalisation, la partie insoluble est rincée à l'aide d'un solvant. Suivant un premier mode de réalisation, le solvant est de l'eau ou une solution aqueuse. Ce mode de réalisation est préféré dans le cas où les chitines sont ensuite utilisées pour les applications alimentaires. Suivant un second mode de réalisation, la partie insoluble est tout d'abord rincée avec de l'eau ou une solution aqueuse puis avec un agent de blanchiment tel que le peroxyde d'hydrogène, l'hypochlorite de sodium ou le persulfate de potassium puis est rincée de nouveau avec de l'eau ou une solution aqueuse. Ce second mode de réalisation est préféré dans le cas où un blanchiment des chitines est souhaité. Dans ce mode de réalisation, les agents de blanchiment utilisés sont en accord avec la législation. According to one embodiment, the insoluble portion of the reaction juice contains very predominantly chitin and the soluble part contains various compounds such as lipids, pigments, sugars, mineral salts, amino acids or peptides. According to one embodiment, the insoluble portion is rinsed with a solvent. According to a first embodiment, the solvent is water or an aqueous solution. This embodiment is preferred in the case where chitins are then used for food applications. In a second embodiment, the insoluble portion is first rinsed with water or an aqueous solution and then with a bleaching agent such as hydrogen peroxide, sodium hypochlorite or potassium persulfate and is rinsed again with water or an aqueous solution. This second embodiment is preferred in the case where a bleaching of chitin is desired. In this embodiment, the bleaching agents used are in accordance with the legislation.
Les chitines sont des produits très hygroscopiques et dont l'activité biologique peut être dégradée par une augmentation de la température. Chitins are very hygroscopic products whose biological activity can be degraded by an increase in temperature.
Selon un mode de réalisation, la partie insoluble filtrée et rincée est ensuite séchée de 8 à 16 heures, de préférence pendant environ 12 heures, dans une étuve dont la température est de préférence inférieure à 100°C, de préférence comprise entre 50 et 95°C, plus préférentiellement d'environ 90°C. According to one embodiment, the insoluble portion filtered and rinsed is then dried for 8 to 16 hours, preferably for about 12 hours, in an oven whose temperature is preferably less than 100 ° C, preferably between 50 and 95 ° C, more preferably about 90 ° C.
Selon un mode de réalisation, la partie insoluble filtrée est neutralisée à la soude. Selon un mode de réalisation, la partie insoluble est lyophilisée. Selon un mode de réalisation, la partie insoluble séchée et/ou lyophilisée est conditionnée dans des récipients tels que des flacons en verre ou en plastique ou des sachets sous vide et conservée de préférence à température ambiante dans un endroit sec. Selon un mode de réalisation particulier, la partie insoluble (la chitine) est stockée à une température inférieure à la température ambiante, de préférence à une température de -30 à 0°C, plus préférentiellement de -20 à -10°C, plus préférentiellement à environ -20°C. According to one embodiment, the filtered insoluble part is neutralized with sodium hydroxide. According to one embodiment, the insoluble portion is lyophilized. According to one embodiment, the dried and / or lyophilized insoluble part is packaged in containers such as glass or plastic bottles or vacuum bags and preferably stored at room temperature in a dry place. According to a particular embodiment, the insoluble part (chitin) is stored at a temperature below room temperature, preferably at a temperature of -30 to 0 ° C, more preferably from -20 to -10 ° C, more preferably at about -20 ° C.
Selon un premier mode de réalisation, la partie soluble est centrifugée. Selon un second mode de réalisation, la partie soluble est dialysée et ultra-filtrée. Selon troisième, un mode de réalisation des composés de la partie soluble neutralisée sont extraits à l'aide de solvants organiques. Les solvants organiques ou aqueux sont ensuite évaporés pour permettre d'obtenir les composés d'intérêts. According to a first embodiment, the soluble part is centrifuged. According to a second embodiment, the soluble part is dialyzed and ultrafiltered. According to third, one embodiment of the compounds of the neutralized soluble portion are extracted with organic solvents. The organic or aqueous solvents are then evaporated to obtain the compounds of interest.
La technique de traitement de la phase soluble dépend de la nature des composés à valoriser. The technique for treating the soluble phase depends on the nature of the compounds to be valorized.
Rendements d'extraction Extraction yields
La maîtrise du milieu réactionnel (concentration en enzyme, pH et température) en fonction de la matière première utilisée permet de contrôler le rendement et les caractéristiques biochimiques et physico-chimiques des chitines obtenues. Théoriquement, en allongeant le temps d'hydrolyse on tend vers une réduction du degré de polymérisation. Control of the reaction medium (enzyme concentration, pH and temperature) as a function of the raw material used makes it possible to control the yield and the biochemical and physicochemical characteristics of the chitins obtained. Theoretically, extending the hydrolysis time tends to reduce the degree of polymerization.
Le rendement massique d'extraction des parties insolubles (Rdt) dépend de la nature de la matière première, de l'acide et de l'enzyme utilisés et est calculé à partir de la formule suivante : The mass yield of extraction of insoluble parts (Rdt) depends on the nature of the raw material, the acid and the enzyme used and is calculated from the following formula:
Rdt = 100*(poids en insolubles séchés)/(poids en matière première sèche) Selon un mode de réalisation, la partie insoluble contient majoritairement des chitines ainsi que des protéines et des minéraux résiduels qui n'ont pas été éliminés lors de la réaction d'hydrolyse enzymatique. Yield = 100 * (weight in dried insolubles) / (weight of dry raw material) According to one embodiment, the insoluble portion contains mainly chitin as well as proteins and residual minerals that have not been removed during the enzymatic hydrolysis reaction.
L'application du traitement d'extraction chimique classique sur les parties insolubles obtenues par le procédé de la présente invention permet d'estimer le taux d'impuretés résiduelles dans la partie insoluble. En effet, ce traitement permet d'éliminer la majorité des protéines et des minéraux résiduels. The application of the conventional chemical extraction treatment to the insoluble parts obtained by the process of the present invention makes it possible to estimate the level of residual impurities in the insoluble part. Indeed, this treatment eliminates the majority of proteins and residual minerals.
Le degré de pureté en chitine (D°pureté) est estimé par gravimétrie, par mesure de la masse de l'échantillon insoluble avant et après un traitement des parties insolubles à l'hydroxyde de sodium à 1,25 mol.L"1 à 90°C pendant lh. Comme mentionné ci-dessus, ce traitement permet d'éliminer les protéines et minéraux résiduels. Le degré de pureté estimé est calculé à partir de la formule suivante : The degree of purity of chitin (purity D) is estimated gravimetrically by measuring the mass of the insoluble sample before and after treatment of the insoluble parts with sodium hydroxide at 1.25 mol.L -1. 90 ° C. for 1 h As mentioned above, this treatment makes it possible to eliminate the residual proteins and minerals The estimated degree of purity is calculated from the following formula:
D°pureté= 100* [(masse partie insoluble après traitement)/ Purity = 100 * [(insoluble part mass after treatment) /
(masse partie insoluble avant traitement)] Selon un mode de réalisation, le degré de pureté en chitines estimé (D°pureté) est supérieur à 75%, de préférence supérieur à 80%, plus préférentiellement supérieur à 85%, plus préférentiellement supérieur à 90%.  According to one embodiment, the estimated degree of purity of chitin (D ° purity) is greater than 75%, preferably greater than 80%, more preferably greater than 85%, more preferably greater than 80%, more preferably greater than 85%, more preferably greater than 80%. 90%.
Selon un mode de réalisation, la teneur massique en protéines résiduelles dans la partie insoluble séchée est inférieure à 20%, de préférence inférieure à 15%, de préférence inférieure à 10%, plus préférentiellement inférieure à 5%. According to one embodiment, the mass content of residual proteins in the dried insoluble part is less than 20%, preferably less than 15%, preferably less than 10%, more preferably less than 5%.
Selon un mode de réalisation, la proportion massique de protéines éliminées par le procédé de la présente invention est supérieure à 80%, de préférence supérieure à 85%, plus préférentiellement supérieure à 90%, plus préférentiellement supérieure à 95%. According to one embodiment, the mass proportion of proteins eliminated by the process of the present invention is greater than 80%, preferably greater than 85%, more preferably greater than 90%, more preferably greater than 95%.
Selon un mode de réalisation, la teneur massique en minéraux résiduels dans la partie insoluble séchée est inférieure à 5%, de préférence inférieure à 3%, plus préférentiellement inférieure à 1%. Selon un mode de réalisation, la proportion massique de minéraux éliminés par le procédé de la présente invention est supérieure à 95%, de préférence supérieure à 97%, plus préférentiellement supérieure à 99%. According to one embodiment, the mass content of residual minerals in the dried insoluble part is less than 5%, preferably less than 3%, more preferably less than 1%. According to one embodiment, the mass proportion of minerals removed by the process of the present invention is greater than 95%, preferably greater than 97%, more preferably greater than 99%.
Selon un mode de réalisation, une opération supplémentaire de blanchiment est réalisée sur la partie insoluble, permettant d'éliminer des pigments ainsi qu'une partie des protéines et des minéraux résiduels. According to one embodiment, an additional bleaching operation is carried out on the insoluble part, making it possible to remove pigments as well as a part of the residual proteins and minerals.
Selon un mode de réalisation, une opération supplémentaire de désacétylation est réalisée sur la partie insoluble, permettant de produire du chitosan et d'éliminer une partie des protéines résiduelles. Caractéristiques des chitines extraites According to one embodiment, an additional deacetylation operation is carried out on the insoluble part, making it possible to produce chitosan and to eliminate a part of the residual proteins. Characteristics of extracted chitin
Selon un mode de réalisation, les chitines extraites par le procédé de la présente invention peuvent être utilisées en l'état ou converties en chitosan, en oligomères de chitine, en oligomères de chitosan ou en glucosamines N-acétylées ou non. According to one embodiment, the chitins extracted by the method of the present invention can be used as is or converted into chitosan, chitin oligomers, chitosan oligomers or N-acetylated glucosamines or not.
Le procédé de la présente invention permet d'obtenir une large gamme de qualité de chitines en ce qui concerne le degré de pureté et de polymérisation. Les autres caractéristiques (répartition des motifs, forme α, β et γ) dépendent de la nature de la matière première et non des caractéristiques du procédé selon l'invention. The process of the present invention provides a wide range of chitin quality with respect to the degree of purity and polymerization. The other characteristics (pattern distribution, α, β and γ form) depend on the nature of the raw material and not on the characteristics of the process according to the invention.
Selon un mode de réalisation, les chitines extraites par le procédé de la présente invention ont une forme proche de la forme naturelle de la chitine. En d'autres termes, les chitines extraites par le procédé de la présente invention ne sont pas ou peu dénaturées par rapport à la chitine naturelle. According to one embodiment, the chitins extracted by the process of the present invention have a shape close to the natural form of chitin. In other words, the chitins extracted by the method of the present invention are not or slightly denatured with respect to the natural chitin.
Selon un mode de réalisation, le degré de pureté estimé des chitines extraites par le procédé de la présente invention est supérieur à 85%, de préférence supérieur à 90%, plus préférentiellement supérieur à 95%. Le degré de pureté des chitines obtenues par la méthode de la présente invention est suffisant pour pouvoir les convertir sous de forme de chitosan, d'oligomères de chitines, d' oligomères de chitosan ou de glucosamines. Selon un mode de réalisation, le degré de polymérisation des chitines est estimé par calcul à partir de la masse moléculaire moyenne desdites chitines. Selon un mode de réalisation, la masse moléculaire moyenne des chitines est estimée par calcul à partir de la viscosité intrinsèque. La viscosité intrinsèque peut être déterminée par la méthode décrite par Poirier et al. (Poirier, M. et Chrlet, G., Carbohydrate Polymers, 2002, 50, 363-370). According to one embodiment, the estimated degree of purity of the chitins extracted by the process of the present invention is greater than 85%, preferably greater than 90%, more preferably greater than 95%. The degree of purity of the chitins obtained by the method of the present invention is sufficient to be able to convert them in the form of chitosan, chitin oligomers, chitosan oligomers or glucosamines. According to one embodiment, the degree of polymerization of chitin is estimated by calculation from the average molecular weight of said chitin. According to one embodiment, the average molecular weight of the chitins is estimated by calculation from the intrinsic viscosity. The intrinsic viscosity can be determined by the method described by Poirier et al. (Pear, M. and Chrlet, G., Carbohydrate Polymers, 2002, 50, 363-370).
Selon un mode de réalisation, le degré de polymérisation des chitines extraites par le procédé de la présente invention est de 1.103 à 1.109, de préférence de 1.104 à 1.107, plus préférentiellement de 1.105 à 1.106. According to one embodiment, the degree of polymerization of the chitins extracted by the method of the present invention is from 1.10 3 to 1 × 10 9 , preferably from 1 × 10 4 to 1 × 10 7 , more preferably from 1 × 10 5 to 1 × 10 6 .
Selon un mode de réalisation, le degré d'acétylation des chitines extraites par le procédé de la présente invention est de 80% à 100%, de préférence de 90% à 98%, plus préférentiellement de 95% à 97%. According to one embodiment, the degree of acetylation of the chitins extracted by the process of the present invention is from 80% to 100%, preferably from 90% to 98%, more preferably from 95% to 97%.
Selon un mode de réalisation, l'indice de cristallinité des chitines extraites par le procédé de la présente invention est de 10% à 70%, de préférence de 20% à 50%, plus préférentiellement de 30% à 40%. According to one embodiment, the crystallinity index of the chitins extracted by the process of the present invention is from 10% to 70%, preferably from 20% to 50%, more preferably from 30% to 40%.
Composés solubles Soluble compounds
Selon un mode de réalisation, les produits solubles extraits par le procédé de la présente invention peuvent être des peptides, des pigments, des sucres et des sels minéraux. L'utilisation d'acide alimentaire dans ce procédé autorise à exploiter ces composés dans les domaines de l'agroalimentaire, diététique et nutraceutique. According to one embodiment, the soluble products extracted by the method of the present invention may be peptides, pigments, sugars and mineral salts. The use of food acid in this process allows these compounds to be exploited in the agri-food, dietary and nutraceutical fields.
La présente invention présente donc l'avantage de limiter la quantité de déchets puisque tous les produits autres que la chitine extraits par le procédé de l'invention peuvent également être utilisés et valorisés. The present invention therefore has the advantage of limiting the amount of waste since all products other than chitin extracted by the process of the invention can also be used and recovered.
Selon un mode de réalisation, les pigments extraits par le procédé de la présente invention sont de l'astaxanthine. DESCRIPTIONS DES FIGURES According to one embodiment, the pigments extracted by the process of the present invention are astaxanthin. DESCRIPTIONS OF FIGURES
La Figure 1 représente un schéma du procédé d'extraction de la chitine selon l'invention. EXEMPLES L'invention se comprendra mieux à la lecture de l'exemple qui suit, qui illustre non limitativement la présente invention. Figure 1 shows a schematic of the chitin extraction process according to the invention. EXAMPLES The invention will be better understood on reading the following example, which non-limitatively illustrates the present invention.
Exemple 1: Hydrolyse enzymatique par la pepsine en présence d'acide phosphorique. Matériel Example 1 Enzymatic hydrolysis by pepsin in the presence of phosphoric acid Equipment
La matière première utilisée est l'exosquelette de crevette Penaeus vannamei crue. La matière première est séchée à 12°C sous air ventilé puis broyée pour donner des fragments de taille inférieure à 1mm. La matière première préparée est stockée à -20°C sous-vide. The raw material used is the raw Penaeus vannamei shrimp exoskeleton. The raw material is dried at 12 ° C in ventilated air and ground to give fragments smaller than 1 mm. The prepared raw material is stored at -20 ° C under vacuum.
Le réactif utilisé pour maintenir le pH acide est l'acide phosphorique. La concentration en acide est calculée en fonction de la teneur initiale en minéraux dans la matière première préparée. Pour une teneur initiale en minéraux de 25% en masse par rapport au poids sec de matière première, une solution d'acide phosphorique à 0,94 mol.L"1 est utilisée afin de maintenir le pH du milieu réactionnel autour de 2. The reagent used to maintain the acidic pH is phosphoric acid. The acid concentration is calculated based on the initial mineral content in the prepared raw material. For an initial mineral content of 25% by weight relative to the dry weight of raw material, a solution of phosphoric acid at 0.94 mol.L -1 is used in order to maintain the pH of the reaction medium around 2.
La protéase acide employée est la pepsine (CAS 9001-75-6, fournisseur : Sigma, activité : 8112 U/mg). Elle est stockée sous forme de poudre à +4°C. Elle est solubilisée dans de l'eau distillée 15 min avant l'introduction dans le milieu réactif. La quantité d'enzyme ajoutée dans cet exemple correspond à 25% de la masse de protéines estimée dans la matière première initiale. Ainsi, pour un échantillon de 5 g de matière première présentant une teneur en humidité d'environ 15% et une teneur en protéines proche de 40%, cela correspond à environ 8,5% d'enzyme par rapport à la matière première, soit une quantité de pepsine de 0,43g. Protocole  The acid protease employed is pepsin (CAS 9001-75-6, supplier: Sigma, activity: 8112 U / mg). It is stored as a powder at + 4 ° C. It is solubilized in distilled water 15 min before introduction into the reactive medium. The amount of enzyme added in this example corresponds to 25% of the protein mass estimated in the initial raw material. Thus, for a sample of 5 g of raw material having a moisture content of about 15% and a protein content close to 40%, this corresponds to about 8.5% of enzyme relative to the raw material, ie a quantity of pepsin of 0.43 g. Protocol
5g de matière première, préparée comme décrit ci-dessus, sont pesés. La composition de l'extrait sec est déterminée selon les méthodes d'analyse décrites ci-dessous. Une solution d'acide phosphorique à 0,94 mol.L"1 (25mL) est préchauffée à 30°C puis ajoutée à la matière première. Le mélange est agité pendant 5 min pour qu'il s'homogénéise. Le pH mesuré au pH-mètre doit être stable et être compris entre 1,9 et 2,1. 5 g of raw material, prepared as described above, are weighed. The composition of the dry extract is determined according to the methods of analysis described below. A solution of phosphoric acid at 0.94 mol.L- 1 (25 ml) is preheated to 30 ° C. and then added to the raw material.The mixture is stirred for 5 minutes to homogenize. pH meter should be stable and be between 1.9 and 2.1.
La pepsine (0,43 g), préalablement solubilisée dans 1 mL d'eau, est ajoutée au milieu réactionnel. Le mélange est chauffé à 40°C sur plaque chauffante puis incubé dans une étuve maintenue à 40°C±1°C. Pepsin (0.43 g), previously solubilized in 1 ml of water, is added to the reaction medium. The mixture is heated at 40 ° C. on a heating plate and then incubated in an oven maintained at 40 ° C. ± 1 ° C.
Après 6h d'incubation, le mélange est filtré sur toile à bluter et rincé abondamment à l'eau distillée. Le rétentat est remis en suspension dans de l'eau distillée, le mélange est agité pendant 10min avant d'être filtré et rincé à nouveau à l'eau. La fraction solide obtenue est transférée dans une coupelle et séchée pendant une nuit à 90°C dans une étuve. La masse d'extrait sec obtenu (m= 1,29g) permet de calculer le rendement massique d'extraction, soit 30,26%. After 6 hours of incubation, the mixture is filtered on fabric to be blotted and rinsed thoroughly with distilled water. The retentate is resuspended in distilled water, the mixture is stirred for 10 min before being filtered and rinsed again with water. The solid fraction obtained is transferred to a cup and dried overnight at 90 ° C. in an oven. The mass of dry extract obtained (m = 1.29g) makes it possible to calculate the mass yield of extraction, ie 30.26%.
Analyses Analyzes
La teneur en humidité de l'échantillon est mesurée par gravimétrie, par mesure de la masse de l'échantillon avant et après une nuit à 105°C.  The moisture content of the sample is measured gravimetrically by measuring the mass of the sample before and after overnight at 105 ° C.
La teneur en minéraux est déterminée par gravimétrie, par mesure de la masse de l'échantillon avant et après incinération à 600°C pendant 6h.  The mineral content is determined gravimetrically by measuring the mass of the sample before and after incineration at 600 ° C for 6 hours.
La teneur en protéines est estimée par chromatographie en phase gazeuse par dosage des acides aminés totaux. Elle peut également être mesurée par un dosage colorimétrique (Lowry, BSA, Bradford ou bleu de Coomassie) ou par le dosage Kjeldahl. The protein content is estimated by gas chromatography by assaying the total amino acids. It can also be measured by a colorimetric assay (Lowry, BSA, Bradford or Coomassie blue) or by Kjeldahl assay.
La teneur en chitine peut être mesurée par gravimétrie, par mesure de la masse de l'échantillon avant et après les traitements suivants : The chitin content can be measured gravimetrically by measuring the mass of the sample before and after the following treatments:
pour la matière première : traitement pendant 60 minutes par HC1 IN à température ambiante, puis par NaOH 1,25N à 90°C pendant 120 minutes et enfin blanchiment au peroxyde d'hydrogène à 33% et à l'acétone ;  for the raw material: treatment for 60 minutes with 1N HCl at room temperature, then with 1.25N NaOH at 90 ° C for 120 minutes and finally bleaching with 33% hydrogen peroxide and acetone;
pour les produits d'hydrolyse, le traitement se limite un traitement par NaOH for hydrolysis products, treatment is limited to NaOH treatment
1,25 N à 90°C pendant une heure. La masse moléculaire des chitines est estimée par calcul à partir de la viscosité intrinsèque. La viscosité intrinsèque peut être déterminée par la méthode décrite par Poirier et al., qui repose sur la loi de Mark-Houvink (Poirier, M. et Charlet, G., Carbohydrate Polymers, 2002, 50, 363-370). Ainsi, la viscosité intrinsèque a été déterminée en mesurant la viscosité réduite à partir de solutions de différentes concentrations en chitine dans du N,N- dimethylacétamide contenant 5% de LiCl. L'appareil utilisé est un viscosimètre capillaire dit d'Ubbelhode. La constante K du viscosimètre est de 0.3 cSt/s. Le volume de mesure est de 15mL. 1.25 N at 90 ° C for one hour. The molecular weight of chitin is estimated by calculation from intrinsic viscosity. The intrinsic viscosity can be determined by the method described by Poirier et al., Which is based on Mark-Houvink's law (Poirier, M. and Charlet, G., Carbohydrate Polymers, 2002, 50, 363-370). Thus, the intrinsic viscosity was determined by measuring the reduced viscosity from solutions of different chitin concentrations in N, N-dimethylacetamide containing 5% LiCl. The apparatus used is a capillary viscometer called Ubbelhode. The constant K of the viscometer is 0.3 cSt / s. The measurement volume is 15mL.
Le degré de polymérisation est calculé à partir de la masse moléculaire des chitines. Le degré d'acétylation est estimé par RMN du liquide du proton, selon la méthode décrite par Einbu A., Varum K., 2008. La chitine (20 mg) est solubilisée dans ImL de DCl (7.6N dans D20, Euriso-top) sous agitation magnétique à température ambiante pendant 5 heures. L'analyse RMN 1H est réalisée à 300°K à l'aide d'un spectromètre Brucker ALS300 (300MHz, référence TMSP O.OOppm). Le degré d'acétylation est ensuite calculé à partir de l'intensité des signaux RMN de protons caractéristiques, selon la formule donnée par Einbu et al. The degree of polymerization is calculated from the molecular weight of chitin. The degree of acetylation is estimated by NMR of the proton liquid, according to the method described by Einbu A., Varum K., 2008. The chitin (20 mg) is solubilized in ImL of DCl (7.6N in D 2 0, Euriso -top) with magnetic stirring at room temperature for 5 hours. The 1H NMR analysis is carried out at 300 ° K using a Brucker ALS300 spectrometer (300MHz, TMSP reference O.OOppm). The degree of acetylation is then calculated from the intensity of the characteristic proton NMR signals, according to the formula given by Einbu et al.
L'indice de cristallinité est déterminé par diffraction aux rayons X. Le diffractomètre utilisé est un D8 Discover de Brucker-axs (Karlsruhe, Allemagne). La radiation est produite dans un tube en cuivre (Cu K i= 1,5405 A) et les faisceaux produits sont enregistrés toutes les 10 min. A partir des spectres obtenus, la méthode de calcul de l'indice de cristallinité se base sur le rapport entre les aires des zones cristallines sur l'aire totale (Osario-Madrazo A., David L., Trombotto S., Lucas J.M., Peniche-Covas C. et Domard A., Carbohydrate Polymers, 2011, 83, 1730-1739) The crystallinity index is determined by X-ray diffraction. The diffractometer used is a D8 Discover from Brucker-axs (Karlsruhe, Germany). The radiation is produced in a copper tube (Cu K i = 1.5405 A) and the beams produced are recorded every 10 min. From the spectra obtained, the method of calculating the crystallinity index is based on the ratio between the areas of the crystalline zones on the total area (Osario-Madrazo A., David L., Trombotto S., Lucas JM, Peniche-Covas C. and Domard A., Carbohydrate Polymers, 2011, 83, 1730-1739)
Résultats et discussion Results and discussion
Après 6h d'hydrolyse enzymatique par la pepsine en présence d'acide phosphorique, le rendement massique d'extraction est de 30,26+ 0,32%. La composition de l'extrait sec obtenu peut être comparée à celle de la matière première totalement séchée ou à la matière première préparée utilisée dans cet exemple (tableau 1) : humidité minéraux protéines chitine lipides sucres matière première After 6 hours of enzymatic hydrolysis by pepsin in the presence of phosphoric acid, the mass yield of extraction is 30.26 ± 0.32%. The composition of the dry extract obtained can be compared with that of the totally dried raw material or with the prepared raw material used in this example (Table 1): moisture minerals protein chitin lipids sugars raw material
totalement sèche :  totally dry:
% massique 0% 25% 40% 30% ND ND matière première  % by mass 0% 25% 40% 30% ND ND raw material
préparée : 14,55% 21,25% 34% 25,5% 3,5% 1,2% prepared: 14.55% 21.25% 34% 25.5% 3.5% 1.2%
% massique % mass
extrait sec :  dry extract :
% massique 0% 0,99 10,98 88,42 ND ND  % by mass 0% 0.99 10.98 88.42 ND ND
(+ 0,03%) (+ 1,01%) (+ 1,22%)  (+ 0.03%) (+ 1.01%) (+ 1.22%)
pour 100g de  for 100g of
matière  material
première sèche 0g 0,30g 3,32g 26,76g ND ND first dry 0g 0,30g 3,32g 26,76g ND ND
ND : non déterminé ND: not determined
Tableau 1  Table 1
Compte tenu de la composition de la matière première sèche, les quantités de minéraux et de protéines éliminés par le procédé sont respectivement de 98,5% et 91,7%. Taking into account the composition of the dry raw material, the quantities of minerals and proteins eliminated by the process are respectively 98.5% and 91.7%.
Les teneurs résiduelles en minéraux et en protéines (tableau 1) sont celles présentes dans le produit final brut, sans étape de blanchiment. L'application d'un agent de blanchiment ou un lavage à la soude améliore le degré de pureté. The residual contents of minerals and proteins (Table 1) are those present in the final product, without bleaching step. The application of a bleaching agent or a washing with sodium hydroxide improves the degree of purity.
Le degré d'acétylation mesuré par RMN est dans cet exemple de l'ordre de 95%. La masse moléculaire de cet échantillon est de l'ordre de 105 à 106 g/mol et l'indice de cristallinité de 35%. Ces caractéristiques sont proches de celles de la chitine native. The degree of acetylation measured by NMR is in this example of the order of 95%. The molecular weight of this sample is of the order of 10 5 to 10 6 g / mol and the crystallinity index of 35%. These characteristics are close to those of native chitin.
Les performances de cet exemple peuvent être améliorées en augmentant la quantité de pepsine utilisée. Ainsi, l'expérience a été réalisée avec une concentration en pepsine de 41% par rapport à la quantité de protéines présentes dans la matière première, au lieu de 25% précédemment. Le degré de pureté en chitine augmente (96,78% au lieu de 88,42%) car la déprotéinisation est améliorée (92,00% de protéines éliminées) ainsi que la déminéralisation (99,23% de minéraux éliminés). The performance of this example can be improved by increasing the amount of pepsin used. Thus, the experiment was carried out with a pepsin concentration of 41% relative to the amount of protein present in the raw material, instead of 25% previously. The degree of purity in chitin increases (96.78% instead of 88.42%) because the deproteinization is improved (92.00% of proteins eliminated) as well as the demineralization (99.23% of eliminated minerals).

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'extraction enzymatique de la chitine, caractérisé en ce que ledit procédé est réalisé en une seule étape dans laquelle la chitine est obtenue par hydrolyse enzymatique d'une matière première constituée de biomasse animale comprenant de la chitine, ladite hydrolyse enzymatique mettant en œuvre une enzyme active en milieu acide. 1. Process for the enzymatic extraction of chitin, characterized in that said process is carried out in a single step in which the chitin is obtained by enzymatic hydrolysis of a raw material consisting of animal biomass comprising chitin, said enzymatic hydrolysis an active enzyme in an acid medium.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite étape unique est une hydrolyse enzymatique ayant pour fonction de déprotéiniser et de déminéraliser simultanément ladite matière première. The method of claim 1, wherein said single step is enzymatic hydrolysis having the function of simultaneously deproteinizing and demineralizing said raw material.
3. Procédé selon les revendications 1 à 2, dans lequel ladite enzyme active en milieu acide est une protéase à large spectre d'activité en milieu acide, de préférence la pepsine ou une protéase acide stable. 3. A process according to claims 1 to 2 wherein said acid-active enzyme is a broad-spectrum protease of acidic activity, preferably pepsin or a stable acidic protease.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la concentration en enzyme utilisée pour l'hydrolyse est de 0,1 à 75%, de préférence de 5 à 30%, plus préférentiellement d'environ 23 à environ 27% en masse par rapport à la masse de protéines estimée dans la matière première. 4. Process according to any one of claims 1 to 3, wherein the enzyme concentration used for the hydrolysis is from 0.1 to 75%, preferably from 5 to 30%, more preferably from about 23 to about 27% by mass relative to the mass of proteins estimated in the raw material.
5. Procédé selon les revendications 1 à 4, dans lequel le milieu acide est obtenu par la présence d'un acide, de préférence un acide alimentaire, plus préférentiellement l'acide phosphorique ou l'acide formique. 5. Method according to claims 1 to 4, wherein the acidic medium is obtained by the presence of an acid, preferably a food acid, more preferably phosphoric acid or formic acid.
6. Procédé selon les revendications 1 à 5, dans lequel ladite biomasse animale comprenant de la chitine comprend des co-produits marins, de préférence des coproduits marins issus de crustacés, de préférence de crevettes, de crabes ou de krill, ou de céphalopodes, de préférence de calmars ou de seiches. 6. Process according to claims 1 to 5, wherein said animal biomass comprising chitin comprises marine by-products, preferably marine coproducts derived from crustaceans, preferably shrimps, crabs or krill, or cephalopods, preferably squid or cuttlefish.
7. Procédé selon les revendications 1 à 6, dans lequel ladite biomasse animale comprenant de la chitine comprend des co-produits d'insectes, de préférence des coproduits d'insectes issus de coléoptères ou d'hyménoptère. The method according to claims 1 to 6, wherein said animal biomass comprising chitin comprises insect by-products, preferably insect by-products derived from beetles or hymenoptera.
8. Procédé selon les revendications 1 à 7, comprenant en outre des opérations de lavage, de séchage et/ou de broyage de la matière première, de préférence des opérations de lavage à l'eau, de séchage à froid et/ou de broyage. The process according to claims 1 to 7, further comprising washing, drying and / or grinding the raw material, preferably water washing, cold drying and / or grinding operations. .
9. Procédé selon les revendications 1 à 8, comprenant en outre des opérations de traitement du milieu réactionnel à la fin de l'hydrolyse enzymatique, lesdites opérations comprenant des opérations de séparation des phases solides et liquides, puis de rinçage et/ou de séchage de la partie insoluble. 9. Process according to claims 1 to 8, further comprising processing operations of the reaction medium at the end of the enzymatic hydrolysis, said operations comprising solid and liquid phase separation operations, then rinsing and / or drying operations. the insoluble part.
10. Procédé d'optimisation du procédé d'extraction enzymatique de la chitine décrit dans l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit procédé d'optimisation comprend au moins une des étapes suivantes : a) choix du pH du milieu acide dans la gamme pHenz±2, de préférence pHenz±l,5, de préférence pHenz±l, où pHenz est le pH auquel l'enzyme présente un maximum d'activité, b) choix de la température du milieu acide dans la gamme Tenz±20oC, de préférence Tenz±150C, de préférence Tenz±10oC, où Tenz est la température à laquelle l'enzyme présente un maximum d'activité, c) détermination de la teneur en minéraux et en protéines de la matière première, d) calcul de la concentration en acide à utiliser dans le milieu réactionnel, en fonction de la teneur en minéraux de la matière première, que le pH se maintienne tout au long de l'hydrolyse enzymatique au pH choisi à l'étape a), e) calcul de la proportion d'enzyme à utiliser par rapport la teneur en protéines de la matière première, f) détermination de la durée de la réaction permettant d'obtenir la chitine ou les dérivés de chitine souhaités. 10. Process for optimizing the enzymatic extraction process of chitin described in any one of claims 1 to 9, characterized in that said optimization process comprises at least one of the following steps: a) choice of the pH of the acidic medium in the pH range enz ± 2, preferably pH enz ± l, 5, preferably pH enz ± l, enz where pH is the pH at which the enzyme exhibits maximum activity, b) selecting the temperature of the acid medium in the range T in z ± 20 o C, preferably T in z ± 15 0 C, preferably T in z ± 10 o C, where T enz is the temperature at which the enzyme has a maximum of activity c) determination of the mineral and protein content of the raw material, d) calculation of the acid concentration to be used in the reaction medium, depending on the mineral content of the raw material, that the pH is maintained while during the enzymatic hydrolysis at the pH chosen in step a), e) calculation of the proportion of enzyme to be used in relation to the protein content of the raw material, f) determining the reaction time to obtain the desired chitin or chitin derivatives.
11. Chitine susceptible d'être obtenue par le procédé décrit dans l'une quelconque des revendications 1 à 10. 11. Chitin obtainable by the process described in any one of claims 1 to 10.
12. Chitosan susceptible d'être obtenu par désacétylation de la chitine selon la revendication 11. 12. Chitosan obtainable by deacetylation of chitin according to claim 11.
13. Composition comprenant la chitine selon la revendication 11 et/ou le chitosan selon la revendication 12. 13. Composition comprising chitin according to claim 11 and / or chitosan according to claim 12.
14. Composition pharmaceutique comprenant la chitine selon la revendication 11 et/ou le chitosan selon la revendication 12. A pharmaceutical composition comprising chitin according to claim 11 and / or chitosan according to claim 12.
15. Composition cosmétique comprenant la chitine selon la revendication 11 et/ou le chitosan selon la revendication 12. Cosmetic composition comprising chitin according to claim 11 and / or chitosan according to claim 12.
16. Dispositif médical comprenant la chitine selon la revendication 11 et/ou le chitosan selon la revendication 12. Medical device comprising chitin according to claim 11 and / or chitosan according to claim 12.
17. Produit alimentaire, composition nutraceutique, composition diététique, complément alimentaire ou aliment fonctionnel comprenant la chitine selon la revendication 11 et/ou le chitosan selon la revendication 12. 17. Food product, nutraceutical composition, dietary composition, food supplement or functional food comprising chitin according to claim 11 and / or chitosan according to claim 12.
18. Composition comprenant la chitine selon la revendication 11 et/ou le chitosan selon la revendication 12 pour son utilisation dans le traitement, la filtration et/ou la dépollution d'eaux. 18. Composition comprising chitin according to claim 11 and / or chitosan according to claim 12 for its use in the treatment, filtration and / or depollution of water.
19. Agent texturant comprenant la chitine selon la revendication 11 et/ou le chitosan selon la revendication 12. Texturing agent comprising chitin according to claim 11 and / or chitosan according to claim 12.
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