FR3085680A1 - Amelioration de la recuperation de proteines par acidification au co2 - Google Patents

Abstract

L'invention propose un procédé de récupération des protéines contenues dans un milieu aqueux, qui comporte les étapes suivantes : i) la modification du pH dudit milieu aqueux par l'ajout d'un ou de plusieurs acides audit milieu aqueux permettant la précipitation des dites proteines, j) une étape de séparation de la fraction précipitée par l'intervention de moyens physiques tels que décantation, centrifugation ou filtration, se caractérisant en ce que l'étape i) est réalisée par l'ajout de CO2 gazeux audit milieu.

Description

La présente invention concerne le domaine des procédés réalisant la précipitation des protéines par acidification.

La précipitation de protéines par acidification est très largement utilisée comme étape intervenant dans la partie aval d’un procédé biologique pour concentrer et purifier des protéines. On en rencontre de nombreuses applications dans l’industrie, on peut citer ici le cas de la purification du sang ou encore le cas de la production et purification de la caséine contenue dans le lait.

En effet, en ce qui concerne la nutrition humaine, depuis les années 70, nombreux sont les travaux sur les protéines et les modes de récupération. Le sujet est d’importance car l’on considère que l'homme adulte selon les régions et les conditions physiologiques consomme de 40 à 110 g de protéines par jour. Les protéines d’origine végétales couvrent une part majoritaire des besoins en azote et en acides aminés de l'homme dans les pays en développement. Dans les pays en développement, l’augmentation du niveau de vie provoque l’augmentation de la consommation de protéines d’origine animale.

Parmi les protéines d’origine végétales, on peut citer le blé, le maïs, les pois, le soja, le colza et le lupin. Ceux qui en contienne le plus sont le lupin (45%), le soja (43%), le colza (22%) et les pois (23%).

Dans les méthodes de récupération des protéines connues, l’étape de la méthode de récupération qui nous intéresse ici est la précipitation acide. De façon générale, elle consiste à modifier la solubilité de la protéine contenue dans une solution aqueuse. Ceci relève des grands principes de la physico-chimie. On peut citer ici l’exemple des documents WO2015/071499 ou CN-1121926.

Cette solubilité, comme pour les tensio-actifs ou agents de surface (ou surfactants) dépend du rapport entre ses propriétés hydrophile et hydrophobe.

La propriété hydrophobe est induite par le cœur même de la protéine constituée d’amino-acides.

Les protéines sont des résidus d’acides aminés qui contiennent notamment deux groupes fonctionnels, l’un amine, l’autre acide carboxylique. Ils peuvent être classés en fonction par exemple de leur nature ou encore de ce que l’on appelle leur « Point Isostatique » (PI). Celui-ci représente la valeur de pH de la solution dans laquelle ils sont maintenus et qui provoque la neutralisation des charges de la protéine (en d’autres termes, les charges positives égalent les négatives).

En simplifiant pour une meilleure compréhension :

• Au-dessus (et en dessous), la protéine est principalement chargée négativement (et positivement) et il y a prédominance des forces répulsives : les protéines s’éloignent donc les unes des autres et leur dissolution est améliorée.

• En revanche, au point isostatique, la neutralisation des charges réduit les forces répulsives et donc les forces d’attraction prédominent. Les protéines s’agrègent et par augmentation de leur taille et poids, elles peuvent donc précipiter. On peut donc les séparer du liquide et donc les concentrer.

Le point isostatique est en général situé entre 4 et 6, ce qui correspond à une zone acide. Cette étape d’acidification est traditionnellement réalisée par l’ajout soit d’acides forts comme l’acide sulfurique ou l’acide chlorhydrique, soit d’acides plus « faibles » comme les acides citrique ou acétique. Malheureusement, le principal désavantage d’une telle méthode réside dans les points suivants :

• une dénaturation irréversible des protéines, • la présence de résidus (sels en particulier) dans le liquide après ajustement du pH. Les sels sont le produit de l’action de ces acides forts utilisés pour la neutralisation. On peut ainsi trouver jusqu’à 10% de sels dans la protéine récupérée.

La présente invention vise alors à proposer une solution technique aux difficultés listées ci-dessus.

On propose pour cela de mettre en œuvre du CO2 : l’utilisation du CO2 comme diacide faible peut permettre de réaliser la précipitation des protéines tout en limitant les inconvénients de l’art antérieur :

• Remplacement d’un monoacide fort comme les acides sulfuriques, chlorhydrique ou nitrique par un diacide faible. L’impact sur les protéines, donc la dénaturation, est bien plus faible.

• Augmentation de la pureté de l’extrait de protéines par absence de résidus liée à l’utilisation des acides forts (absence de sels tels que sulfates, chlorures ou nitrates comme dans les cas précités). Lorsque le produit sortira du procédé et qu’il sera remis à la pression atmosphérique, une grande partie du CO2 utilisé sera relargué du fait de l’équilibre thermodynamique entre l’air et le produit. Il ne restera en conséquence qu’une quantité limitée, plutôt sous la forme de bicarbonate ou d’hydrogénocarbonate de sodium (lorsque la soude a été utilisée dans le procédé, cas le plus généralisé), les deux ne posant pas de problème puisque traditionnellement utilisés comme additifs dans le domaine agroalimentaire.

• Possibilité de contrôler très précisément le pH dans une valeur permettant l’optimisation. La courbe de neutralisation du diacide est bien moins marquée que celle des monoacides forts.

• Gamme de pH cible du même ordre qu’avec les monoacides forts.

• En fonction de la stabilité des protéines ainsi acidifiées, on peut prévoir l’étape suivante (à savoir la séparation, centrifugation par exemple) à pression atmosphérique (dépressurisation après acidification) ou non (maintien sous pression si déstabilisation). Dans ce dernier cas, la remise à pression atmosphérique peut se faire après l’étape de séparation. Cela présente aussi l’avantage de maintenir une solubilité forte du CO2 pendant cette séparation.

• Du fait de la mise en œuvre de CO2 : on préserve le produit de l’oxydation soit en chassant l’oxygène qu’il contenait (entrainement, désaération) ou en évitant la reprise d’oxygène par l’absence de contact avec l’air (ou forte limitation).

Selon une des mises en œuvre proposée de l’invention, on utilise le CO2 sous pression pour atteindre des valeurs de pH intéressantes afin de réaliser la coagulation et de permettre ensuite la précipitation des protéines (typiquement de 1 à 20 bars, de préférence entre 10 et 20 bar, valeur qui permet d’assurer un pH proche de 4, valeur basse des « Pl » pour les protéines).

La présente invention concerne alors un procédé de récupération des protéines contenues dans un milieu aqueux, qui comporte les étapes suivantes :

i) la modification du pH dudit milieu aqueux par l’ajout d’un ou de plusieurs acides au dit milieu aqueux permettant la précipitation des dites protéines,

j) une étape de séparation de la fraction précipitée par l’intervention de moyens physiques tels que la décantation, la centrifugation ou la filtration, se caractérisant en ce que l’étape i) est réalisée par l’ajout de CO2 gazeux au dit milieu.

On notera que l’étape i) peut se faire sans ajout d’agents précipitants, même si, et sans sortir du cadre de la présente invention, on peut envisager l’ajout d’un composé coagulant floculant, ajout que l’on souhaite néanmoins éviter, on l’aura compris, pour conserver la pureté du produit.

Comme on l’aura également compris à la lecture de ce qui précède, on introduit du CO2 gazeux dans le milieu aqueux pour en modifier le pH et permettre la formation du solide (protéine), c’est l’étape i).

Ensuite, pour ce qui est de la séparation du solide par centrifugation ou décantation ou encore filtration, on peut souhaiter réaliser ces étapes sous atmosphère contrôlée, notamment une atmosphère riche en CO2, ceci afin de ne pas modifier le milieu jusqu'à la fin de l'étape de séparation. On doit comprendre par l’expression riche en CO2 le fait que l’atmosphère comprend au moins 80% de CO2, sous une pression permettant de garder une pression partielle élevée.

En outre, le maintien de l’atmosphère en CO2 pendant la séparation va présenter l’avantage de protéger le produit contre l’oxygène de l’air et peut permettre d’enlever une partie de l’oxygène dissous en le désaérant.

Comme on l’a signalé plus haut, selon une des mises en œuvre de l’invention, on met en œuvre le CO2 sous pression, pour atteindre des valeurs de pH intéressantes pour réaliser la coagulation et permettre ensuite la précipitation des protéines. On peut notamment expliquer ceci de la façon suivante : le pH ainsi atteint est en effet intéressant car c'est le pH où la protonation de la protéine permet sa précipitation. Le pH est directement relié à la concentration en CO2 dissous. Sous pression, et notamment à la pression visée ici (10 à 20 bar préférentiellement) on augmente proportionnellement la concentration de CO2 dissous et ainsi on atteint le pH souhaité.

La mise en œuvre d’une telle pression peut être multiple. A titre d’exemple dans un réacteur, c'est à dire une capacité maintenue à la pression souhaitée (par exemple 10 bar) équipé si besoin d'une agitation. Une boucle de recirculation sur ce réacteur peut servir de moyen d'agitation et d'injection du CO2.

Selon une des mises en œuvre de l’invention, on peut même envisager de laisser de la pression durant la séparation en aval (préférentiellement dans la même gamme que celle précédemment mise en œuvre ou éventuellement 10 à 20% inférieure). En effet ceci peut se révéler avantageux pour les raisons suivantes : si l’on réduit la pression, le pH peut augmenter le temps de la séparation, ce qui peut entrainer un risque de « re-dissolution » et donc la perte ainsi d’une partie des protéines.

Selon une des mises en œuvre de l’invention, à étudier au cas par cas selon les protéines concernées, il est par ailleurs avantageux de procéder à une chauffe (ou un refroidissement) du milieu liquide durant l’injection de CO2 :

- l'étape de chauffe permet d'améliorer la coagulation par le fait de faciliter la mobilité et les probabilités de rencontre des molécules longues.

- l’étape de refroidissement permet d'atteindre une solubilité plus importante du CO2 et par conséquent un pH plus bas.

Claims (5)

1. REVENDICATIONS

   1. Procédé de récupération des protéines contenues dans un milieu aqueux, qui comporte les étapes suivantes :

   i) la modification du pH dudit milieu aqueux par l’ajout d’un ou de plusieurs acides audit milieu aqueux permettant la précipitation des dites protéines,

   j) une étape de séparation de la fraction précipitée par l'intervention de moyens physiques tels que décantation, centrifugation ou filtration, se caractérisant en ce que l’étape i) est réalisée par l’ajout de CO2 gazeux audit milieu.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, se caractérisant en ce que l’étape de séparation est réalisée sous atmosphère contrôlée, préférentiellement une atmosphère riche en CO2 comprenant au moins 80% de CO2.
3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, se caractérisant en ce que l’étape i) est réalisée à l’aide de CO2 sous pression, préférentiellement sous une pression de 10 à 20 bars.
4. 4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que l’étape j) de séparation est réalisée sous pression.
5. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que durant l’étape i), on procède à à une chauffe ou un refroidissement du milieu liquide.