WO1992004431A1 - Procede d'extraction de composes mineurs gras d'une matiere d'origine biologique - Google Patents

Procede d'extraction de composes mineurs gras d'une matiere d'origine biologique Download PDF

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WO1992004431A1
WO1992004431A1 PCT/FR1991/000708 FR9100708W WO9204431A1 WO 1992004431 A1 WO1992004431 A1 WO 1992004431A1 FR 9100708 W FR9100708 W FR 9100708W WO 9204431 A1 WO9204431 A1 WO 9204431A1
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cyclodextrin
fatty
water
treated
weight
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PCT/FR1991/000708
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Inventor
Léon Mentink
Michel Serpelloni
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Roquette Freres
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11B—PRODUCING, e.g. BY PRESSING RAW MATERIALS OR BY EXTRACTION FROM WASTE MATERIALS, REFINING OR PRESERVING FATS, FATTY SUBSTANCES, e.g. LANOLIN, FATTY OILS OR WAXES; ESSENTIAL OILS; PERFUMES
    • C11B3/00—Refining fats or fatty oils
    • C11B3/006—Refining fats or fatty oils by extraction
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23C—DAIRY PRODUCTS, e.g. MILK, BUTTER OR CHEESE; MILK OR CHEESE SUBSTITUTES; MAKING THEREOF
    • A23C15/00—Butter; Butter preparations; Making thereof
    • A23C15/12—Butter preparations
    • A23C15/14—Butter powder; Butter oil, i.e. melted butter, e.g. ghee ; Anhydrous butter
    • A23C15/145—Removal of steroids, e.g. cholesterol or free acids; Fractionation of anhydrous milkfat by extraction with solvents other than solvent crystallisation or with supercritical gases or by distillation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L5/00—Preparation or treatment of foods or foodstuffs, in general; Food or foodstuffs obtained thereby; Materials therefor
    • A23L5/20—Removal of unwanted matter, e.g. deodorisation or detoxification
    • A23L5/27—Removal of unwanted matter, e.g. deodorisation or detoxification by chemical treatment, by adsorption or by absorption

Definitions

  • the present invention relates to a process for extracting minor fatty compounds, in particular steroids, and more particularly cholesterol, contained in a material of biological origin.
  • minor fatty compounds all non-glyceridic fatty constituents contained in natural fatty materials. They can be steroids, in particular sterols, fatty alcohols, fat-soluble vitamins, pigments, hydrocarbons, free fatty acids, abietic and pimaric acids, flavor compounds ...
  • steroids designates all the compounds containing a more or less hydrogenated cyclopentanophenanthrenic skeleton. Many of these compounds are alcohols and are called sterols. They can be in the form of esters, in particular of fatty acids, commonly designated by the term “cerides”.
  • Cholesterol is one of the sterols. It has long been known that it is the main constituent of gallstones. Its notoriety has recently been accentuated by its relationship with circulatory disorders, and more particularly the hardening of the arteries.
  • Vegetable fats do not contain cholesterol but phytosterols with a structure very close to it, such as: ⁇ -sitosterol, campesterol, stigmasterol, brassicasterol, ⁇ -7-stigmasterol, ⁇ -5-campesterol, ⁇ -5-avenasterol, ⁇ -7-avenasterol, ⁇ -7-9-sigmatadienol, fucosterol or ergosterol.
  • the process according to the invention also applies to the oxidized derivatives of steroldes: sterones. These compounds are found in particular in frying oils used repeatedly. Their presence in food products is not desired because they are not devoid of toxic effect.
  • the steroldes are products with high economic and technical added value. They are indeed likely to constitute raw materials of choice for the preparation of vitamin (ergosterol: vitamin D2) or hormonal (equilenin, estrone, progesterone, testosterone or cortisone ...) compounds.
  • vitamin ergosterol: vitamin D2
  • hormonal equilenin, estrone, progesterone, testosterone or cortisone
  • the steroldes and more particularly the sterols and their fatty acid esters (cerides) can be used in the cosmetic industry as emulsifiers.
  • minor fatty compounds As regards the other minor fatty compounds, one can distinguish, on the one hand, undesirable food or technological compounds such as free fatty acids promoting oxidation, degradation compounds such as polymerized acids, compounds foul, coloring and flavoring matters, or the like; and, on the other hand, compounds with high food or technological value such as fat-soluble vitamins, essential fatty acids (linoleic, ⁇ -linoleic, ⁇ -linoleic, arachidonic, DHA, EPA), rare fatty acids (acids ricinoleic, abietic), aroma compounds. It is therefore on several grounds that all the technical developments aimed at extracting minor fatty compounds from fatty biological materials are justified.
  • undesirable food or technological compounds such as free fatty acids promoting oxidation, degradation compounds such as polymerized acids, compounds foul, coloring and flavoring matters, or the like
  • compounds with high food or technological value such as fat-soluble vitamins, essential fatty acids (linoleic, ⁇ -linoleic, ⁇ -lino
  • animal fats which are of reserve like fish oils or animal oils (tallow, poultry fat, lard 7), of structure like those contained in muscle, placental or nervous tissue (meat, egg, spinal cord, brain, etc.) or glandular secretion such as milk fat, or dermal secretion such as cerides (lanolin); and, on the other hand, vegetable fats.
  • animal fats which are of reserve like fish oils or animal oils (tallow, poultry fat, lard ...), of structure like those contained in muscle, placental or nervous tissue (meat, egg, spinal cord, brain, etc.) or glandular secretion such as milk fat, or dermal secretion such as cerides (lanolin); and, on the other hand, vegetable fats.
  • animal fats which are of reserve like fish oils or animal oils (tallow, poultry fat, lard 7), of structure like those contained in muscle, placental or nervous tissue (meat, egg, spinal cord, brain, etc.) or glandular secretion such as milk fat, or dermal
  • Cholesterol can also be extracted from fat by entrainment using a solvent.
  • the major drawback of this process is that the solvents generally used are toxic and that traces of them always remain in the fats considered.
  • microdistillation processes which cannot be applied on an industrial level, or else absorption on columns such as those described for example in European patent applications No. 0 174 848 and No. 0 318 326. These applications describe a following process which the fatty material maintained in the liquid state passes through an absorbent column, in this case activated carbon. It is clear that such a process is very cumbersome to implement and, moreover, the extraction which it allows is not very selective.
  • the separation of the latter is then carried out by entrainment with water, which dissolves these complexes.
  • the aqueous solution thus obtained is then collected after decantation.
  • the lipid phase obtained must be washed with water several times to remove traces of complexes.
  • the conditions for implementing this process appear to be relatively demanding.
  • One of the main constraints to be respected is the maintenance of a nitrogen-based non-oxidizing atmosphere throughout the duration of the contacting. This duration is also very long in practice, because if we refer to the examples, we see that it is always at least equal to 3 hours.
  • the yield of cholesterol extraction by this process is low. In the best of cases, in fact, it is only 41% and this after three successive extractions as indicated in example 3 of the description of this European patent application.
  • the amount of water required for contacting before separation does not represent less than 1000% by weight relative to the fat to be treated.
  • European patent application No. 0 326 469 describes a process for the elimination of steroid compounds contained in a substance of biological origin.
  • the substance of biological origin fluidized if it is a solid fat at normal temperature, is brought into contact with a cyclodextrin in an aqueous medium. The contact takes place with stirring for 5 hours at a temperature of the order of 40 ° C.
  • the cyclodextrin / steroid complexes are then separated. It should be noted that here again the actual duration of contact given in all the examples is very long: 5 hours minimum.
  • the reaction medium When brought into contact before separation, the reaction medium contains more than 100% by weight of water relative to the material to be treated expressed on a dry basis.
  • the present invention thus relates to a process for extracting fatty minor compounds, in particular from steroids, and more particularly cholesterol, contained in a material of biological origin, using cyclodextrin, in which the cyclodextrin is brought into contact, with stirring and in a reaction medium comprising water, with the material to be treated so to allow the formation of inclusion complexes between the cyclodextrin and the fatty minor compounds, these complexes then being separated from the said material, characterized in that the amount of water is less than 100% by weight relative to the dry matter to treat and in that, upon contacting, the temperature of the reaction medium and the amount of water present in said medium, are chosen so that the cyclodextrin is partially in undissolved form.
  • the appropriate cyclodextrin concentration is determined, taking care to choose it greater than the solubility limit of the cyclodextrin at this temperature.
  • a "saturation level" of the cyclodextrin in solution in water is defined, which corresponds to the following ratio:
  • the saturation level of the cyclodextrin present in the reaction medium, when brought into contact is greater than or equal to 1.67, preferably greater than or equal to 1, 87, and more preferably still greater than or equal to 2. It is generally chosen to be less than 3000, preferably less than 1500 and more preferably still less than 750.
  • the amount of water used is always at least equal to 100% by weight relative to the material to be treated, expressed in dry form and the level of saturation is always lower. at 1.55.
  • the process according to the invention can be applied to natural fatty substances essentially constituted by triglycerides, but poor in total phospholipids: that is to say having a total phospholipid content of less than 10% by weight relative to the total lipids. .
  • This process allows in particular the extraction of steroids, such as cholesterol, from numerous biological materials. It can be animal fat and / or plants, among which there may be mentioned:
  • - dairy fats such as butter, concentrated or not
  • - animal fats such as tallow, lard, horse fat, poultry fat, fish oils, lanolin;
  • - vegetable fats such as hydrogenated vegetable fats, palm oil, coconut oil, cocoa butter;
  • the process according to the invention offers an interesting source of steroldes capable of being used in the preparation of pharmaceutical principles, in particular hormonal and vitamin, or in the cosmetic industry such as emulsifiers.
  • the cyclodextrin used can be of the alpha, beta or gamma type, preferably beta, substituted or not.
  • the mono- or poly-substituent groups of the cyclodextrin may in particular be alkyl groups such as the hydroxypropyl or ethyl group, or saccharides of the glycosyl, maltosyl or other type. It is also possible to choose cyclodextrin made insoluble in water, for example by polymerization.
  • the cyclodextrin used in the process according to the invention is in dried powder form. According to a particular embodiment, it has a water content less than or equal to 11% by weight, preferably 7% by weight, and more preferably still at 5% by weight. It is optionally rehydrated to a water content less than or equal to 15% by weight.
  • the amount of water present in the reaction medium, during contacting and before separation is preferably between 10 and 90%, and more preferably still between 20 and 80% by weight relative to the material to be treated expressed on a dry basis.
  • the cyclodextrin / material to be treated is brought into contact at a temperature chosen so that the fatty substances contained in said material are in the frozen state.
  • frozen state is meant in the sense of the present invention, a state in which the content of solid or crystalline fatty substances is greater than or equal to 5% by weight.
  • This level of solid fatty substances is a standard quantity in the field of lipid technology. It is measured by low resolution Nuclear Magnetic Resonance, using impulse mini-spectrometers.
  • Pulse NMR based on the fact that. the molecules of fatty substance in the liquid phase have a higher degree of mobility than that of the molecules of the solid phase, makes it possible to determine the percentage of solid or liquid fat.
  • the principle and the applications of this method are described for example in the review R.I.B.C. from January-February 1985, n ° 80, pages 23 to 26, or in the review I-A-A from May 1988, pages 463 to 471 or from June 1988, pages 463 to 470.
  • the Applicant has demonstrated that, surprisingly and unexpectedly, the frozen state of fatty substances entering into the constitution of the material to be treated corresponds to an advantageous state for the complexation of the fatty minor compounds, in particular of the steroldes, with the cyclodextrin at the stage of contacting with stirring.
  • the operating conditions are chosen so that the level of solid fatty substances is greater than or equal to 10%, and more preferably still greater than or equal to 30%.
  • the material to be treated, the water - if said material to be treated does not contain or not enough of it - and then the cyclodextrin, preferably in pulverulent form, are brought together in a mixer. equipped with mixing means.
  • the sequence of introduction of the products is preferably that indicated above, but it is also possible, among all the possible variants, to premix the material to be treated and the water.
  • the mixture is in a pasty form which is subjected, throughout the period of contacting, to a kneading operation during which the formation of cyclodextrin complexes / minor fatty compounds takes place.
  • the kneaded dough is brought to a chosen temperature so that the fatty substances constituting the material to be treated are in the molten state, that is to say in a state characterized by a rate of solid or crystalline fatty substances of less than 1% by weight.
  • This transformation in the molten state makes it possible, on the one hand, to obtain a phase containing the fatty substances and with a reduced content of fatty minor compounds and, on the other hand, a mixed hydrolipid phase containing the inclusion complexes cyclodextrin / fatty minor compounds.
  • the mixed phase can be reprocessed in order to extract the minor fatty compounds which may be valued, in particular in the pharmaceutical or cosmetic field.
  • the material to be treated is an animal and / or vegetable fat with a high lipid content such as, for example, butter, concentrated or not, tallow, lard, poultry fat, lanolins, hydrogenated vegetable oils, fats palm or copra, margarines, etc.
  • a kneading device of the kneader type equipped with temperature regulation means is introduced into a kneading device of the kneader type equipped with temperature regulation means.
  • Water is then optionally incorporated therein insofar as the material of biological origin to be treated does not contain sufficient for the implementation of the process according to the invention.
  • the amount of water required is preferably between 20 and 60% by weight relative to the material of biological origin to be treated, expressed in dry.
  • cyclodextrin is added, preferably in pulverulent form and in an amount sufficient to be partially in undissolved form at the reaction temperature and to form inclusion complexes with the minor fatty compounds to be extracted.
  • the determination of the adequate quantity of cyclodextrin to be used is a function, on the one hand, of the solubility limit of the cyclodextrin at the temperature considered, and on the other hand, of the quantity of minor fatty compounds to be extracted, and of their affinities for cyclodextrin.
  • the amount of cyclodextrin is from 0.5% to 15% relative to the material of biological origin to be treated, expressed in dry form, preferably from 1 to 10% and more preferably from 3 to 8%.
  • the mixing of the dough formed by the mixture of these constituents is carried out at a temperature kept constant by the regulating means and chosen so that the fat is in the frozen state with a level of solid or crystalline fatty substances greater than 5%, preferably greater than 10% and more preferably between 30 and 50% by weight.
  • the temperature is preferably chosen between 10 and 25oC.
  • a hydrolipid pellet is then formed containing the complexes and an oily liquid supernatant constituted by the fat with reduced content of minor fatty compounds.
  • cyclodextrin can be added after separation of the buttermilk, during mixing. After contacting which takes place at the churning temperature (below 15 ° C.), the inclusion complexes formed are separated by passing through the molten state.
  • the cyclodextrin is brought into contact with the material to be treated at a chosen temperature so that the fatty substances constituting said material are in a non-frozen state .
  • the material to be treated, the water and the cyclodextrin, preferably introduced in this order, are mixed with stirring at a selected temperature so that the fatty substances present are liquid (solids content less than 5% and preferably 1%).
  • the temperatures corresponding to a solids content of less than 1% are preferably less than 70 ° C. for the majority of fatty substances.
  • the determination of the minimum temperature for bringing into contact is entirely within the reach of the skilled person. It obviously depends on the nature of the fat considered.
  • the amount of water required is preferably between 45 and 80% by weight relative to the material of biological origin to be treated, expressed in dry form.
  • This mode of implementation is particularly suitable for the treatment of oils having a solids content of less than 1% at ambient temperature, such as vegetable oils of sunflower, soya, rapeseed, corn ... or such as oils. of fish.
  • the contacting time preferably varies between 10 and 120 min.
  • centrifugation or decantation of the mixture obtained after contacting so as to collect a pellet containing said complexes, an aqueous intermediate phase, and a lipid supernatant phase with a reduced content of fatty minor compounds.
  • the two embodiments of the process according to the invention presented above allow the extraction of steroids and in particular sterols with yields reaching around 90% in a single treatment. These yields can be improved by increasing the number of treatments. These extraction performances are obtained economically and easily in a relatively short time.
  • Another advantage of the process according to the invention is that it can allow the selective extraction of a certain number of minor fatty compounds from a material of biological origin, in a determined order, by acting on one or more several essential parameters of the process, namely in particular the quantity of water present at the time of the complexing step, the quantity of cyclodextrin, the mixing or kneading temperature, the phase shift temperature, the pH of the medium.
  • the concentrated butter used has a high fat content of around 99.9%.
  • Cyclodextrin is a beta cyclodextrin of the type sold by the applicant under the registered trademark KLEPTOSE and which is in the form of a white powder at approximately 12% humidity.
  • 300 g of concentrated butter are introduced into the tank of a kneader of the type of those sold by the company KUSTNER.
  • the mixer tank is provided with a double wall in which a temperature-regulating fluid can circulate.
  • the mixer is put into operation and the temperature is set at an average value of approximately 14oC.
  • the concentrated butter has a solid fat content of around 28%.
  • the solubility limit of beta-cyclodextrin is 1.20 g per 100 g of solution. This amounts to saying that in our example, the saturation level of cyclodextrin is 2.75.
  • the contacting then takes place for 30 minutes.
  • the pasty concentrated butter / water / cyclodextrin mixture removed from the mixer is heated to a temperature of the order of 37 ° C. (solids content of the concentrated butter less than 1%). A phase shift spontaneously occurs and a pasty pellet is obtained, containing in particular the inclusion complexes and water. This base is topped with an oily phase formed by concentrated cholesterolized butter. We can then collect more than 94% by weight of the concentrated butter used.
  • the cholesterol is assayed by colorimetric method, after oxidation to cholestenone by cholesteroloxidase, according to the method and with the reagents referenced n ° 139,050 from the company Boehringer Mannheim.
  • the initial cholesterol content of concentrated butter is 0.270% by weight.
  • the final content is 0.038%.
  • the amount of water used is quite minimal and poses no handling problem.
  • the pasty pellet which contains water used weighs only 173 g. This minimal and concentrated quantity does not pose any problem with regard to its reprocessing.
  • Extractions of sterols, and more particularly of cholesterol, contained in the concentrated butter in accordance with the preferred method of implementation of the invention.
  • test 6 the mixing time was reduced to 15 minutes.
  • the yield obtained is 75%, which constitutes a very satisfactory result.
  • the butter used in this example is commercial butter containing 82% fat.
  • the initial cholesterol content of tallow is
  • the acid number is defined by the number of mg of potash necessary to neutralize the acidity of 1 g of tallow.
  • the tallow acid number before extraction is 0.85.
  • the fish oil used is a salmon oil with a cholesterol content of 0.71%.
  • 300 g of this oil are mixed with 150 g of ice flakes and 30 g of KLEPTOSE cyclodextrin.
  • the extraction treatment is then carried out as described in Example 1.
  • the contacting temperature is 4 ° C.
  • Vegetable fat for frying sold by the company LESIEUR under the brand VEGETALINE is used to make 12 fried foods spaced over time:
  • This fat is treated with and without ⁇ -cyclodextrin KLEPTOSE according to the procedure described in Example 1.
  • the level of degradation of fat is assessed using the OXIFRIT-TEST ® test sold by the company MERCK.
  • Demucilaginated fish oil is treated in the same way at low temperature.
  • the odor and the color of this oil treated or not with ⁇ -cyclodextrin are present in Table VI.
  • the concentrated butter and the cyclodextrin used are identical to those of Examples I and II.
  • the concentrated butter / KLEPTOSE cyclodextrin / water mixture is subjected to centrifugation at 3000 g for 5 minutes. Centrifugation allows the mixture to be separated into three phases:
  • Test 2 shows that the more the contacting temperature increases and the more the saturation level decreases, the more the corresponding extraction yields decrease.
  • Test 3 shows that the same applies to the separation temperature. It seems preferable not to exceed 60 ° C.
  • ⁇ -cyclodextrin marketed by the Applicant Company under the brand KLEPTOSE
  • This emulsion is heated to 90oC before being centrifuged at 6000 rpm for 5 minutes. Three phases are thus formed:
  • ⁇ -cyclodextrin by selective inclusion, allowed an extraction of phytosterols.
  • the fatty phase treated was enriched with tocopherols, free fatty acids and triglycerides.
  • An essential oil of peppermint is treated with ⁇ -cyclodextrin (marketed by the Applicant Company under the brand KLEPTOSE) in order to obtain an aromatic isolate rich in menthol.
  • ⁇ -cyclodextrin marketed by the Applicant Company under the brand KLEPTOSE
  • the whole is then homogenized at 13,500 rpm using a device of the UNIMIX type.
  • a paste is then obtained suspended in the oily medium.
  • This paste is separated from the excess oil by vacuum filtration, using an apparatus of the type

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'extraction de composés mineurs gras, notamment de stéroïdes, contenus dans une matière d'origine biologique à l'aide de cyclodextrine, dans lequel la cyclodextrine est mise en contact, sous agitation et dans un milieu réactionnel comprenant de l'eau, avec la matière à traiter de façon à permettre la formation de complexes d'inclusion entre la cyclodextrine et les composés mineurs gras, ces complexes étant ensuite séparés de ladite matière, la quantité d'eau présente dans le milieu réactionnel étant inférieure à 100 % en poids par rapport à la matière sèche à traiter et la température du milieu réactionnel et la quantité d'eau présente dans ce milieu étant choisies de telle sorte que la cyclodextrine se trouve partiellement sous forme non dissoute.

Description

Procédé d'extraction de composés mineurs gras d'une matière d'origine biologique
La présente invention concerne un procédé d'extraction de composés mineurs gras, notamment de stéroides, et plus particulièrement de cholestérol, contenus dans une matière d'origine biologique.
Par "composés mineurs gras", on désigne tous constituants gras non glycéridiques contenus dans des matières naturelles grasses. Il peut s'agir de stéroîdes, notamment de stérols, d'alcools gras, de vitamines liposolubles, de pigments, d'hydrocarbures, d'acides gras libres, d'acides abiétiques et pimariques, de composés d'arômes...
Pour plus de précision, on se référera à la définition donnée dans le "Manuel d'analyse des corps gras" JP WOLF - Ed Azoulay - Paris 1969, pages 11 et 25.
Au sens de la présente invention, le terme "stéroîdes" désigne tous les composés renfermant un squelette cyclopentanophénanthrénique plus ou moins hydrogéné. Beaucoup de ces composés sont des alcools et sont dénommés stérols. Ils peuvent se présenter sous la forme d'esters notamment d'acides gras, communément désignés par le terme "cérides".
Le cholestérol figure parmi les stérols. On sait depuis longtemps qu'il est le constituant principal des calculs biliaires. Sa notoriété s'est récemment accentuée par sa relation avec les troubles circulatoires, et plus particulièrement le durcissement des artères.
Dans les corps gras d'origine animale, on trouve essentiellement du cholestérol non estérifié. Présents dans la majeure partie de notre alimentation, ces corps gras animaux constituent une source de cholestérol non négligeable qui, en cas d'excès, peut être à l'origine de pathologies cardiovasculaires graves dont notamment l'infarctus du myocarde.
Les corps gras d'origine végétale ne contiennent pas de cholestérol mais des phytostérols de structure très voisine de celui-ci, comme par exemple : le β-sitostérol, le campestérol, le stigmastérol, le brassicastérol, le Δ-7-stigmastérol, le Δ-5-campestérol, le Δ-5- avénastérol, le Δ-7-avénastérol, le Δ-7-9-sigmatadiénol, le fucostérol ou l'ergostérol.
Le procédé suivant l'invention s'applique également aux dérivés oxydés des stéroldes : les stérones. Ces composés se retrouvent notamment dans les huiles de friture utilisées à plusieurs reprises. Leur présence dans les produits alimentaires n'est pas souhaitée car ils ne sont pas dénués d'effet toxique.
En outre, les stéroldes sont des produits à haute valeur ajoutée tant économique que technique. Ils sont en effet susceptibles de constituer des matières premières de choix pour la préparation de composés vitaminiques (ergostérol : vitamine D2) ou hormonaux (équilénine, oestrone, progestérone, testostérone ou cortisone...). Outre leurs applications pharmaceutiques, les stéroldes et plus particulièrement les stérols et leurs esters d'acides gras (cérides) peuvent être utilisés dans l'industrie cosmétique comme émulsifiants.
En ce qui concerne les autres composés mineurs gras, on peut distinguer, d'une part, les composés indésirables sur le plan alimentaire ou technologique tels que les acides gras libres favorisant l'oxydation, les composés de dégradation comme les acides polymérisês, les composés fétides, les matières colorantes et de sapidité, ou autres ; et, d'autre part, les composés à haute valeur alimentaire ou technologique tels que les vitamines liposolubles, les acides gras essentiels (acides linoléique, α-linoléique, γ-linoléique, arachidonique, DHA, EPA), les acides gras rares (acides ricinoléique, abiétique), les composés d'arômes. C'est donc à plusieurs titres que se justifient tous les développements techniques visant à extraire les composés mineurs gras de matières biologiques grasses. Sous ce terme, on désigne en particulier, d'une part, les matières grasses animales, quelles soient de réserve comme les huiles de poissons ou les huiles animales (suif, gras de volailles, saindoux...), de structure comme celles contenues dans les tissus musculaires, placentaires ou nerveux (viande, oeuf, moelle épinière, cerveau...) ou de sécrétion glandulaire comme les matières grasses laitières, ou de sécrétion dermique comme les cérides (lanoline) ; et, d'autre part, les matières grasses végétales. Enfin, il peut s'agir d'un mélange de matières grasses animales et de matières grasses végétales comme les margarines.
Il a ainsi déjà été proposé diverses méthodes d'extraction de composés mineurs gras de matières biologiques contenant des graisses.
En premier lieu, il existe des techniques d'extraction de stéroldes, notamment de cholestérol.
L'une d'elles consiste à mettre en contact de la matière grasse d'origine animale avec de la digitonine (glucoside de la digitogénine), qui a la propriété de réagir avec le cholestérol pour donner un précipité insoluble. Les performances et les résultats de cette méthode ne sont pas satisfaisants, du fait de la difficulté de séparation du précipité du milieu. Et en tout état de cause, cette méthode est inapplicable industriellement, notamment pour des produits alimentaires.
Le cholestérol peut également être extrait des matières grasses par entraînement à l'aide d'un solvant. L'inconvénient majeur de ce procédé est que les solvants généralement employés sont toxiques et qu'il en reste toujours des traces dans les matières grasses considérées. On connaît également des procédés de microdistillation, inapplicables au niveau industriel, ou bien encore d' absorption sur colonnes comme ceux décrits par exemple dans les demandes de brevet européen n° 0 174 848 et n° 0 318 326. Ces demandes décrivent un procédé suivant lequel la matière grasse maintenue à l'état liquide passe au travers d'une colonne d'absorbant, en l'occurence du charbon actif. Il est clair qu'un tel procédé est très lourd à mettre en oeuvre et de surcroit, l'extraction qu'il permet n'est pas très sélective.
Un autre procédé physico-chimique d'extraction du cholestérol des graisses est divulgué par la demande de brevet japonais n° 59 140 299. Il consiste à mettre en contact une matière chargée en cholestérol telle que la poudre de lait, avec du CO2 supercritique à une température comprise entre 35 et 45°C et à une pression comprise entre 130 et 200 atm. L'obtention de ces conditions physiques nécessite l'emploi d'un matériel complexe et onéreux. La conduite du procédé en est ainsi très délicate. De plus, comme il est précisé dans la demande de brevet, d'autres composés lipidiques sont entrainés par le CO2 supercritique. Ce procédé n'est donc pas sélectif.
Pour éliminer les stérols des graisses, il a été également imaginé un procédé de biodégradation desdits stérols divulgué par la demande de brevet européen nº 0 278 794. Ce procédé met en oeuvre des bactéries qui, mises au contact de la matière grasse, sont aptes à métaboliser les stérols qu'elle contient. Comme tous les procédés faisant intervenir des fermentations, ce procédé de biodégradation est très délicat à conduire du fait de la variabilité inhérente à la matière vivante. De plus, les matériels employés, la durée relativement longue sont, entre autres, des éléments qui rendent un tel procédé onéreux. Enfin, les catabolites produits lors de ces fermentations restent à ce jour totalement inconnus sur le plan de leur nature et de leur toxicité et sont, de toute façon, présents dans la matière grasse ainsi traitée.
On connaît aussi par la demande de brevet européen n° 0 256 911, un procédé d'élimination du cholestérol contenu dans une matière grasse d'origine animale. Il est basé sur la propriété connue depuis 1958 qu'ont les cyclodextrines (polyglucoses cycliques de conformation tubulaire tronconique à 6, 7 ou 8 motifs de glucose et désignées respectivement par alpha, bêta ou gamma cyclodextrine) de recevoir dans leur cavité hydrophobe des molécules de stérols et notamment de cholestérol, pour former des complexes d'inclusion solubles dans l'eau. Selon ce procédé, la matière grasse maintenue fluide est mise en contact en milieu aqueux avec une cyclodextrine sous agitation et sous atmosphère non oxydante pendant 30 minutes à 10 heures de façon à permettre la formation de complexes. La séparation de ces derniers est ensuite réalisée par entraînement à l'eau, qui solubilise ces complexes. La solution aqueuse ainsi obtenue est ensuite recueillie après décantation. La phase lipidique obtenue doit être lavée à l'eau à plusieurs reprises pour éliminer les traces de complexes. Les conditions de mise en oeuvre de ce procédé apparaissent comme étant relativement astreignantes. L'une des principales contraintes à respecter est le maintien d'une atmosphère non oxydante à base d'azote pendant toute la durée de la mise en contact. Cette durée est d'ailleurs très longue en pratique, car si l'on se réfère aux exemples, on constate qu'elle est toujours au moins égale à 3 heures.
Le rendement d'extraction du cholestérol par ce procédé est peu élevé. Dans le meilleur des cas, en effet, il n'est que de 41 % et ce après trois extractions successives comme cela est indiqué dans l'exemple 3 de la description de cette demande de brevet européen. La quantité d'eau nécessaire pour la mise en contact avant séparation ne représente pas moins de 1000 % en poids par rapport à la matière grasse à traiter.
Toujours sur le même principe d'utilisation des cyclodextrines pour l'extraction de stéroîdes, la demande de brevet européen nº 0 326 469 décrit un procédé d'élimination de composés stéroîdiques contenus dans une substance d'origine biologique. Suivant ce procédé, la substance d'origine biologique, fluidifiée s'il s'agit d'une matière grasse solide à température normale, est mise en contact avec une cyclodextrine en milieu aqueux. Le contact se déroule sous agitation pendant 5 heures à une température de l'ordre de 40°C. On procède ensuite à une séparation des complexes cyclodextrine/stéroïdes. Il faut noter qu'ici encore la durée réelle de mise en contact donnée dans tous les exemples est très longue : 5 heures minimum.
Les faibles rendements d'extraction des stérols donnés dans les exemples témoignent du manque d'efficacité de ce procédé.
Lors de la mise en contact avant séparation, le milieu réactionnel contient plus de 100 % en poids d ' eau par rapport à la matière à traiter exprimée sur sec.
En second lieu, il a été envisagé des procédés d'extraction de composés mineurs gras autres que les stéroîdes.
Parmi ces procédés, on peut citer celui décrit dans le brevet US n° 3.491.132 et visant à réduire la teneur en acides gras libres d'huiles glycéridiques à l'aide de cyclodextrine. Dans ce cas, la cyclodextrine est mise en contact avec le milieu gras en présence d'importantes quantités d'eau qui varient de 200 à 1000 % par rapport au milieu gras traité.
Ces trois derniers procédés décrits dans les demandes de brevet européen n° 0 256 911 et 0 326 469 et le brevet US n° 3 491 132 ont en commun au moins un inconvénient important, à savoir qu'ils se déroulent en milieu aqueux et nécessitent de très grandes quantités d'eau pour la mise en contact.
II est évident que l'utilisation de telles quantités d'eau constitue un handicap sur le plan industriel, puisque cela oblige à manipuler de grands volumes réactionnels et nécessite des équipements de grande capacité, donc encombrants et plus onéreux. Par ailleurs, outre le coût direct non négligeable que cela entraine, il faut également considérer le traitement des effluents obtenus à l'issue de la séparation ; ce traitement représentant une charge d'autant plus importante que les quantités d'effluents augmentent.
Au vu de ce qui précède, force est de constater que les techniques d'extraction de composés mineurs gras à l'aide de cyclodextrine, qui pourtant sont les plus satisfaisantes, notamment au regard de la qualité des produits obtenus, n'ont pas été optimisées sur le plan de la rentabilité économique et technique.
Soucieuse de favoriser le progrès technique dans ce domaine, la demanderesse a mené de longues et nombreuses recherches au terme desquelles elle a eu le mérite de trouver qu'il était préférable et avantageux d'effectuer la mise en contact avec de faibles quantités d'eau, ou en d'autres termes de ne pas prévoir la solubilisation de toute la cyclodextrine mise en oeuvre pour la mise en contact, en choisissant une température et une quantité d'eau appropriées.
La présente invention concerne ainsi un procédé d'extraction de composés mineurs gras, notamment de stéroîdes, et plus particulièrement le cholestérol, contenus dans une matière d'origine biologique, à l'aide de cyclodextrine, dans lequel la cyclodextrine est mise en contact, sous agitation et dans un milieu réactionnel comprenant de l'eau, avec la matière à traiter de façon à permettre la formation de complexes d'inclusion entre la cyclodextrine et les composés mineurs gras, ces complexes étant ensuite séparés de ladite matière, caractérisé en ce que la quantité d'eau est inférieure à 100 % en poids par rapport à la matière sèche à traiter et en ce que, lors de la mise en contact, la température du milieu réactionnel et la quantité d'eau présente dans ledit milieu, sont choisies de telle sorte que la cyclodextrine se trouve partiellement sous forme non dissoute.
En ajustant ces deux paramètres, ce qui revient à prévoir une concentration en cyclodextrine dans le milieu réactionnel lors de la mise en contact, supérieure à la limite de solubilité de la cyclodextrine à la température réactionnelle, et en limitant ainsi les quantités d'eau employées, on diminue de façon notable tous les coûts de mise en oeuvre du procédé d'extraction, tout en le rendant d'utilisation plus souple et plus aisée.
Qui plus est, les rendements d'extraction sont améliorés pour des durées de mise en contact plus courtes, et les quantités d'effluents recueillies, donc à retraiter, sont sensiblement abaissées. Ces effluents se présentent sous forme concentrée, ce qui limite les coûts de transport et de retraitement.
Les dispositions conformes à l'invention sont particulièrement originales car elles vont à l'encontre de l'enseignement des techniques antérieures d'extraction à l'aide de cyclodextrines, suivant lequel il était prévu d'apporter de l'eau en quantité suffisante pour solubiliser l'essentiel de la cyclodextrine. Il était alors supposé que la complexation ne pouvait s'opérer que si la cyclodextrine était sous forme soluble.
Et il est surprenant et inattendu d'avoir établi, conformément à la présente invention, que la complexation se déroule de manière encore plus satisfai santé sur le plan des rendements et de la durée, lorsque la cyclodextrine ne se trouve que partiellement solubilisée, donc essentiellement en suspension dans l'eau.
Ceci est contraire à l'enseignement de la demande de brevet européen n° 387 708, non encore publiée au moment du dépôt de la présente demande, qui est relative à l'extraction de cholestérol et d'acides gras d'une matière grasse animale à l'aide de cyclodextrine et qui prévoit que cette dernière doit se trouver entièrement sous forme dissoute lors de la mise en contact.
En pratique, connaissant la température réactionnelle pour la mise en contact, on détermine la concentration en cyclodextrine appropriée en prenant soin de la choisir supérieure à la limite de solubilité de la cyclodextrine à cette température.
Pour cela, on se réfère aux constantes de solubilité de la cyclodextrine dans l'eau, en fonction de la température. Le tableau ci-après extrait de "Cyclodextrins and their inclusion complexes" (page 33) Akademiai Kiado, Budapest 1982 - J. SZEJTLI, donne les valeurs limites de solubilité mesurées pour la bêtacyclodextrine.
Grammes de β-cyclodextrine Température en dans 100 ml d'eau degrés Celsius
1,20 15
1,48 20
1,79 25
2,25 30
3,51 40
4,64 50
6,05 55
7,49 60
10,18 65 12,03 70
14,80 75
19,66 80
Pour une température réactionnelle donnée, on définit un "niveau de saturation" de la cyclodextrine en solution dans l'eau, qui correspond au rapport suivant :
Grammes de cyclodextrine pour 100 ml d'eau Valeur limite de solubilité de la cyclodextrine à
la température donnée, exprimée en grammes de
cyclodextrine pour 100 ml d'eau
Conformément à l'une des caractéristiques essentielles de la présente invention, le niveau de saturation de la cyclodextrine présente dans le milieu réactionnel, lors de la mise en contact, est supérieur ou égal à 1,67, de préférence supérieur ou égal à 1,87, et plus préférentiellement encore supérieur ou égal à 2. On le choisit généralement inférieur à 3000, de préférence inférieur à 1500 et plus préférentiellement encore inférieur à 750.
Dans les exemples de la demande de brevet européen nº 0 387 708, la quantité d'eau mise en oeuvre est toujours au moins égale à 100 % en poids par rapport à la matière à traiter exprimée en sec et le niveau de saturation est toujous inférieur à 1,55.
Le procédé suivant l'invention peut s'appliquer aux corps gras naturels constitués essentiellement par des triglycérides, mais pauvres en phospholipides totaux : c'est-à-dire ayant une teneur en phospholipides totaux inférieure à 10 % en poids par rapport aux lipides totaux.
Ce procédé permet notamment l'extraction de stéroîdes, comme le cholestérol, de nombreuses matières biologiques. Il peut s'agir de matières grasses animales et/ou végétales parmi lesquelles on peut citer :
- les matières grasses laitières telles que le beurre, concentré ou non ;
- les matières grasses animales telles que le suif, le saindoux, la graisse de cheval, les graisses de volailles, les huiles de poissons, la lanoline ;
- les matières grasses végétales comme les matières grasses végétales hydrogénées, l'huile de palme, l'huile de coprah, le beurre de cacao ;
- et les mélanges de celles-ci comme les margarines.
En plus de l'élimination de ces composés dans des produits alimentaires, le procédé conforme à l'invention offre une source intéressante de stéroldes susceptibles d'être utilisés dans la préparation de principes pharmaceutiques notamment hormonaux et vitaminiques, ou dans l'industrie cosmétique comme émulsifiants.
La cyclodextrine utilisée peut être du type alpha, bêta ou gamma, de préférence bêta, substituée ou non. Les groupements mono- ou poly-substituants de la cyclodextrine peuvent être notamment des groupes alkyle tels que le groupe hydroxypropyle ou éthyle, ou des saccharides du type glycosyle, maltosyle ou autres. On peut choisir également de la cyclodextrine rendue insoluble dans l'eau, par exemple par polymérisation.
Avantageusement, la cyclodextrine mise en oeuvre dans le procédé suivant l'invention se présente sous forme pulvérulente séchée. Selon un mode particulier de mise en oeuvre, elle possède une teneur en eau inférieure ou égale à 11 % en poids, de préférence à 7 % en poids, et plus préférentiellement encore à 5 % en poids. Elle est éventuellement réhydratée jusqu'à une teneur en eau inférieure ou égale à 15 % en poids.
Conformément à une disposition avantageuse de la présente invention, la quantité d'eau présente dans le milieu réactionnel, lors de la mise en contact et avant séparation est, de préférence, comprise entre 10 et 90 %, et plus préférentiellement encore comprise entre 20 et 80 % en poids par rapport à la matière à traiter exprimée sur sec.
II est intéressant de noter que la mise en contact se déroule sous atmosphère ambiante. En effet, les conditions du procédé ne sont pas sévères et ne risquent pas d'entraîner des dégradations comme l'oxydation sur les composés gras sensibles (acides gras insaturés). Et mieux encore, la cyclodextrine permet en plus d'éliminer au moins partiellement les éventuels composés prooxydants indésirables.
Conformément à un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, la mise en contact cyclodextrine/matière à traiter s'effectue à une température choisie de telle sorte que les corps gras contenus dans ladite matière se trouvent à l'état figé.
Par état figé, on entend au sens de la présente invention, un état dans lequel le taux de corps gras solides ou cristallins est supérieur ou égal à 5 % en poids.
Ce taux de corps gras solides est une grandeur usuelle dans le domaine de la technologie des lipides. Il se mesure par Résonance Magnétique Nucléaire basse résolution, à l'aide de minispectrometres à impulsions.
La RMN à impulsions, basée sur le fait que. les molécules de corps gras dans la phase liquide ont un degré de mobilité supérieur à celui des molécules de la phase solide, permet de déterminer le pourcentage de matière grasse solide ou liquide. Le principe et les applications de cette méthode sont décrits par exemple dans la revue R.I.B.C. de Janvier-Février 1985, n° 80, pages 23 à 26, ou dans la revue I-A-A de Mai 1988, pages 463 à 471 ou de Juin 1988, pages 463 à 470.
Contrairement à ce qui est préconisé par l'art antérieur et notamment dans les demandes de brevet européen nº 0 256 911 et 0 326 469 et le brevet US n° 3.491.132 précités, la demanderesse a mis en évidence que, de façon surprenante et inattendue, l'état figé des corps gras entrant dans la constitution de la matière à traiter correspond à un état avantageux pour la complexation des composés mineurs gras, notamment des stéroldes, avec la cyclodextrine au stade de la mise en contact sous agitation.
De préférence, les conditions opératoires sont choisies de telle manière que le taux de substances grasses solides soit supérieur ou égal à 10 %, et plus préférentiellement encore supérieur ou égal à 30 %.
Dans ce mode préféré de mise en oeuvre, la matière à traiter, l'eau -si ladite matière à traiter n'en contient pas ou pas assez- et ensuite la cyclodextrine, de préférence sous forme pulvérulente, sont mises en présence dans un mélangeur équipé de moyens de malaxage. La séquence d'introduction des produits est de préférence celle indiquée ci-dessus, mais on peut aussi, parmi toutes les variantes possibles, prémélanger la matière à traiter et l'eau.
Avantageusement, le mélange se présente sous une forme pâteuse que l'on soumet, pendant toute la durée de mise en contact, à une opération de malaxage au cours de laquelle intervient la formation de complexes cyclodextrine/composés mineurs gras.
Pour la séparation de ceux-ci, et il s'agit là aussi de l'une des originalités de ce mode préféré de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, la pâte malaxée est portée à une température choisie de telle sorte que les corps gras constituant la matière à traiter se trouvent à l'état fondu, c'est-à-dire dans un état caractérisé par un taux de corps gras solides ou cristallins inférieur à 1 % en poids.
Cette transformation à l'état fondu permet d'obtenir, d'une part, une phase contenant les corps gras et à teneur réduite en composés mineurs gras et, d'autre part, une phase mixte hydrolipidique contenant les complexes d'inclusion cyclodextrine/composés mineurs gras.
Ces deux phases se séparent parfaitement bien l'une de l'autre et il est donc aisé de recueillir la phase grasse exempte de composés mineurs gras, qui peut ensuite être employée dans diverses applications. La phase mixte peut quant à elle être retraitée pour en extraire les composés mineurs gras susceptibles d'être valorisés, notamment dans le domaine pharmaceutique ou cosmétique.
Lorsque la matière à traiter est une matière grasse animale et/ou végétale à forte teneur en lipides comme par exemple le beurre, concentré ou non, le suif, le saindoux, les graisses de volailles, les lanolines, les huiles végétales hydrogénées, les graisses de palme ou de coprah, les margarines..., elle est introduite dans un dispositif de malaxage du type pétrin équipé de moyens de régulation de la température.
On y incorpore ensuite éventuellement de l'eau dans la mesure où la matière d'origine biologique à traiter n'en contient pas suffisamment pour la mise en oeuvre du procédé conformément à l'invention. La quantité d'eau nécessaire est de préférence comprise entre 20 et 60 % en poids par rapport à la matière d'origine biologique à traiter, exprimée en sec.
Puis on ajoute la cyclodextrine, de préférence sous forme pulvérulente et en quantité suffisante pour se trouver partiellement sous forme non dissoute à la température réactionnelle et pour former des complexes d'inclusion avec les composés mineurs gras à extraire.
La détermination de la quantité adéquate de cyclodextrine à utiliser est fonction, d'une part, de la limite de solubilité de la cyclodextrine à la température considérée, et d'autre part, de la quantité de composés mineurs gras à extraire, et de leurs affinités pour la cyclodextrine. En règle générale, la quantité de cyclodextrine est de 0,5 % à 15 % par rapport à la matière d'origine biologique à traiter exprimée en sec, de préférence de 1 à 10 % et plus préférentiellement de 3 à 8 %.
Le malaxage de la pâte formée par le mélange de ces constituants est effectué à une température maintenue constante par les moyens de régulation et choisie de telle sorte que la matière grasse soit à l'état figé avec un taux de corps gras solides ou cristallins supérieur à 5 %, de préférence supérieur à 10 % et plus préférentiellement compris entre 30 et 50 % en poids. Pour le beurre concentré par exemple, la température est choisie de préférence environ entre 10 et 25ºC.
Au bout d'un temps variable, généralement compris entre 10 à 120 mn, le malaxage est interrompu et la pâte est chauffée suffisamment pour que le taux de solides de la matière grasse soit inférieur à 1 % en poids. Il se forme alors un culot hydrolipidique contenant les complexes et un surnageant liquide huileux constitué par la matière grasse à teneur réduite en composés mineurs gras.
En ce qui concerne ce mode préféré de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, il est à noter que celui-ci peut parfaitement s'intégrer dans le cadre de la fabrication de beurre à partir de crème. Cette dernière comprend essentiellement les étapes suivantes :
- maturation biologique ou physique (procédé NIZO) de la crème ;
- barattage continu ou discontinu avec inversion d'émulsion et séparation du babeurre ;
- malaxage éventuellement avec maturation biologique (procédé NIZO) ;
- éventuellement lavage à l'eau.
Conformément à l'invention, la cyclodextrine peut être ajoutée après séparation du babeurre, au cours du malaxage. Au terme d'une mise en contact qui s'effectue à la température de barattage (inférieure à 15°C), on procède à la séparation des complexes d'inclusion formés par passage à l'état fondu.
Suivant un autre mode de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, on effectue la mise en contact de la cyclodextrine avec la matière à traiter à une température choisie de telle sorte que les corps gras constituant ladite matière se trouvent dans un état non figé.
Dans ce mode de mise, en oeuvre du procédé suivant l'invention, la matière à traiter, l'eau et la cyclodextrine, de préférence introduites dans cet ordre, sont mélangées sous agitation à une température sélectionnée de telle sorte que les corps gras présents soient liquides (taux de solides inférieur à 5 % et de préférence à 1 %).
Les températures correspondant à un taux de solides inférieur à 1 % sont de préférence inférieures à 70°C pour la majorité des corps gras. La détermination de la température minimale pour la mise en contact est tout à fait à la portée de l'homme de métier. Elle dépend évidemment de la nature de la matière grasse considérée.
La quantité d'eau nécessaire est, de préférence, comprise entre 45 et 80 % en poids par rapport à la matière d'origine biologique à traiter exprimée en sec.
Ce mode de mise en oeuvre convient particulièrement bien pour le traitement d'huiles présentant un taux de solides inférieur à 1 % à température ambiante, comme les huiles végétales de tournesol, de soja, de colza, de maïs... ou comme les huiles de poissons.
Le temps de mise en contact varie de préférence entre 10 et 120 mn.
Pour séparer les complexes d'inclusion formés, on procède par exemple à une centrifugation ou à une décantation du mélange obtenu après la mise en contact, de manière à recueillir un culot contenant lesdits complexes, une phase intermédiaire aqueuse, et une phase surnageante lipidique à teneur réduite en composés mineurs gras.
Les deux modes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention présentés ci-dessus, permettent l'extraction des stéroîdes et en particulier des stérols avec des rendements atteignant environ 90 % en un seul traitement. Ces rendements peuvent être améliorés en multipliant les traitements. Ces performances d'extraction sont obtenues de façon économique et aisée en un temps relativement court.
Un autre intérêt du procédé conforme à l'invention est qu'il peut permettre l'extraction sélective d'un certain nombre de composés mineurs gras à partir d'une matière d'origine biologique, dans un ordre déterminé, en agissant sur un ou plusieurs paramètres essentiels du procédé, à savoir notamment la quantité d'eau présente au moment de l'étape de complexation, la quantité de cyclodextrine, la température de mélange ou de malaxage, la température de déphasage, le pH du milieu.
Il va de soi que l'invention ne se limite pas aux modes de mise en oeuvre décrits ci-dessus, mais au contraire en englobe toutes les variantes.
Les exemples qui suivent permettront de mieux comprendre le procédé selon la présente invention en mettant en évidence tous les avantages qu'il procure. EXEMPLE I
Extraction de stérols, et plus particulièrement de cholestérol, contenus dans un beurre concentré conformément au mode préféré de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
Le beurre concentré employé a une richesse en matières grasses de l'ordre de 99,9 %. On choisit par exemple le beurre concentré standard commercialisé par la Société CORMAN.
La cyclodextrine est une bêta cyclodextrine du type de celle commercialisée par la demanderesse sous la marque déposée KLEPTOSE et se présentant sous la forme d'une poudre blanche à 12 % d'humidité environ.
1. Mise en contact
300 g de beurre concentré sont introduits dans la cuve d'un pétrin malaxeur du type de ceux commercialises par la Société KUSTNER. La cuve du malaxeur est pourvue d'une double paroi dans laquelle peut circuler un fluide régulateur de la température. Le malaxeur est mis en fonctionnement et la température est consignée à une valeur moyenne de 14ºC environ. A cette température, le beurre concentré possède un taux de corps gras solides de 28 % environ.
On ajoute ensuite successivement 150 g d'eau et 5,70 g de cyclodextrine KLEPTOSE. Sachant que la cyclodextrine employée comprend 12 % d'eau, la concentration en solution aqueuse de la cyclodextrine est x 100 = 3 3 g pour 100 g d'eau.
Figure imgf000020_0001
A la température de mise en contact (14°C), la limite de solubilité de la bêtacyclodextrine est de 1,20 g pour 100 g de solution. Ceci revient à dire que dans notre exemple, le niveau de saturation de la cyclodextrine est de 2,75.
La mise en contact se déroule alors pendant 30 minutes.
2. Séparation des complexes d'inclusion
Le mélange pâteux beurre concentré/eau/cyclodextrine retiré du malaxeur est chauffé à une température de l'ordre de 37°C (taux de corps gras solides du beurre concentré inférieur à 1 %). Il se produit spontanément un déphasage et on obtient un culot pâteux contenant notamment les complexes d'inclusion et de l'eau. Ce culot est surmonté d'une phase huileuse formée par le beurre concentré décholestérolisé. On peut alors recueillir plus de 94 % en poids du beurre concentré mis en oeuvre.
Le cholestérol est dosé par méthode colorimétrique, après oxydation en cholesténone par la cholestéroloxydase, suivant la méthode et avec les réactifs référencés n° 139 050 de la société BOEHRINGER Mannheim.
La teneur initiale en cholestérol du beurre concentré est de 0,270 % en poids.
La teneur finale est de 0,038 %.
Le rendement d'extraction s'élève donc à 86 %. Une deuxième extraction conduite dans les mêmes conditions procure un rendement de 74 %, ce qui donne un rendement global de 96 %.
On constate que les performances du procédé suivant l'invention sont tout à fait remarquables tant sur le plan quantitatif que sur celui de la durée.
La quantité d'eau employée est tout à fait minime et ne pose pas de problème de manipulation. Le culot pâteux qui contient de l'eau utilisée ne représente que 173 g. Cette quantité minime et concentrée ne pose pas de problème quant à son retraitement.
EXEMPLE II
Extractions de stérols, et plus particulièrement de cholestérol, contenus dans le beurre concentré conformément au mode préféré de mise en oeuyre de l'invention.
Dans cet exemple, on a réalisé 9 essais d'extraction de stérols du beurre concentré en employant les mêmes équipements et en respectant le même protocole que dans l'exemple I. On a simplement fait varier certains paramètres expérimentaux. Les données et résultats de ces essais sont présentés dans le tableau I qui suit :
Figure imgf000022_0001
Commentaires du Tableau I
En comparant les résultats des essais 1 à 4 qui ne se différencient que par la quantité d'eau mise en oeuvre, on constate que le rendement d'extraction en cholestérol exprimé en % est maximum pour des teneurs en eau comprises entre 30 et 50 % par rapport au beurre concentré. L'augmentation de la teneur en eau fait chuter le rendement d'extraction.
En comparant les résultats des essais 3 et 5 pour lesquels seule la concentration en cyclodextrine KLEPTOSE diffère (respectivement 5 et 7 % par rapport au beurre concentré), on constate qu'il est possible d'augmenter le rendement d'extraction de 9 % uniquement en augmentant la concentration en cyclodextrine de 2 %.
Dans l'essai 6 la durée de malaxage a été réduite à 15 minutes. Le rendement obtenu est de 75 %, ce qui constitue un résultat très satisfaisant.
Pour l'essai 7, la température de mise en contact a été élevée à 26,6ºC. En réduisant le taux de solides dans le beurre concentré, on réduit le rendement d'extraction en cholestérol (65 % contre 84 % pour l'essai 3).
En utilisant 3 % de cyclodextrine par rapport au beurre concentré (essais 8 et 9 ) on constate qu'au-delà de 30 mn une prolongation du malaxage ne permet pas d'augmenter les rendements.
EXEMPLE III
Extraction de stérols, et plus particulièrement de cholestérol, contenus dans du beurre conformément au mode préféré de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
Le beurre employé dans cet exemple est un beurre du commerce contenant 82 % de matières grasses.
La cyclodextrine, les équipements ainsi que le protocole sont les mêmes que pour les exemples précédents, la seule différence étant que l'on n'ajoute pas d'eau ; c'est le beurre lui-même qui apporte l'eau nécessaire à la complexation.
Les données et résultats de cet exemple sont indiqués dans le Tableau II suivant :
Figure imgf000025_0001
On montre ici que le procédé suivant l'invention est également efficace sur une matière à traiter contenant initialement de l'eau dans une quantité conforme aux caractéristiques de la présente invention.
EXEMPLE IV
Extraction de stérols, et plus particulièrement de cholestérol, contenus dans du suif, conformément au mode préféré de mise en oeuyre du procédé suivant l'invention.
On traite 200 g de suif à 99 % de matières grasses, du type de celui commercialisé par la Société ROUSSELOT, de la même façon que dans les exemples précédents.
La teneur initiale en cholestérol du suif est de
0,12 % en poids.
Le tableau III ci-après expose les données et les résultats du présent exemple.
Figure imgf000027_0001
Commentaires du Tableau III
Il apparaît qu'une quantité d'eau de 25 % en poids par rapport au suif est suffisante pour extraire 86 % du cholestérol initial, et ce avec seulement 3 % en poids de cyclodextrine par rapport au suif.
Une augmentation de la quantité d'eau et/ou de la durée de mise en contact ne permet pas d'améliorer ce rendement d'extraction.
Dans cet exemple, on a également mesuré les variations des indices d'acides. L'indice d'acide est défini par le nombre de mg de potasse nécessaire pour neutraliser l'acidité de 1 g de suif. L'indice d'acide du suif avant extraction est de 0,85.
Le tableau IV ci-après présente les résultats obtenus.
Figure imgf000028_0001
On montre ici que la diminution de l'indice d'acide, donc de la teneur en acides gras libres, du suif est très marquée avec 25 % d'eau. EXEMPLE V
Extraction de stérols, et plus particulièrement de cholestérol, contenus dans une huile de poisson, conformément au mode préféré de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
L'huile de poisson utilisée est une huile de saumon présentant une teneur en cholestérol de 0,71 %. Dans un premier essai, 300 g de cette huile sont mélangés à 150 g de paillettes de glace et 30 g de cyclodextrine KLEPTOSE. On met ensuite en oeuvre le traitement d'extraction tel que décrit dans l'exemple 1. La température de mise en contact est de 4°C.
Dans un second essai, 120 g de cette huile sont prémêlangés à 18.0 g d'huile de coprah hydrogénée pendant 20 minutes à 18°C. Le mélange de matières grasses obtenu est ensuite soumis au procédé d'extraction conforme à celui décrit dans les exemples précédents en utilisant 15 g de cyclodextrine KLEPTOSE et 90 g d'eau.
Les résultats et données de ces deux essais sont rassemblés dans le Tableau V.
Figure imgf000030_0001
Par ajustement du taux de solides par ajout d'huile de coprah hydrogénée, on améliore le rendement d'extraction du cholestérol initialement présent dans l'huile de saumon.
EXEMPLE VI
Extraction de pigments liposubles, de composés d'arômes et de composés de dégradation contenus dans une matière grasse de friture et dans une huile de poisson, conformément au mode préféré de mise en oeuyre du procédé suivant l'invention.
Une matière grasse végétale pour friture, commercialisée par la Société LESIEUR sous la marque VEGETALINE est employée pour réaliser 12 fritures espacées dans le temps :
- 2 fritures de poissons panés,
- 3 fritures de pommes de terres en tranches,
- 3 fritures de filets de merlan,
- 1 friture de gras de bardière de porc, - 3 fritures de croquettes de viande.
Cette matière grasse est traitée avec et sans β-cyclodextrine KLEPTOSE selon le mode opératoire décrit dans l'exemple 1.
L'odeur et la couleur des produits après traitement sont évaluées qualitativement. Les résultats sont donnés dans le Tableau VI ci-dessous.
Le niveau de dégradation des matières grasses est apprécié en utilisant le test OXIFRIT-TEST® commercialisé par la Société MERCK.
Une huile de poisson démucilaginée est traitée de la même façon à basse température. L'odeur et la couleur de cette huile traitée ou non avec β-cyclodextrine sont présentes dans le Tableau VI.
Figure imgf000032_0001
On s'aperçoit que les deux matières grasses traitées à l'aide de β-cyclodextrine conformément à l'invention présentent de meilleures caractéristiques organoleptiques.
En ce qui concerne la matière grasse de friture, le traitement avec β-cyclodextrine a permis l'élimination de composés oxydés (hydroperoxydes, aldéhydes, cétones, stérones...) EXEMPLE VII
Extraction de stérols, et plus particulièrement de cholestérol, contenus dans du beurre concentré, conformément au deuxième mode de mise en oeuyre du procédé suivant l'invention.
Dans cet exemple, le beurre concentré et la cyclodextrine utilisés sont identiques à ceux des exemples I et II.
1. Mise en oeuyre
Dans un conteneur équipé de moyens d'agitation, on introduit 300 g de beurre concentré contenant 0,27 % de cholestérol, que l'on porte à une température de 50ºC. On y ajoute ensuite 150 g d'eau et 15 g de cyclodextrine KLEPTOSE. La mise en contact se déroule pendant 30 mn sous agitation et en maintenant la température à
50°C. Le niveau de saturation est de 8,68 = 1,87
4,64
2. Séparation des complexes
Le mélange beurre concentré/cyclodextrine KLEPTOSE/eau est soumis à une centrifugation à 3000 g pendant 5 minutes. La centrifugation permet de séparer le mélange en trois phases :
- un culot pâteux contenant les complexes d'inclusion cyclodextrine/stéroïdes ;
- une phase intermédiaire aqueuse ;
- et une phase surnageante à teneur réduite en stérols. Après lavage de la phase surnageante avec une quantité égale d'eau, on détermine un rendement d'extraction en cholestérol de 80 %.
Il apparaît que le procédé conforme à l'invention permet une importante réduction de la teneur en stérols avec une quantité d'eau limitée.
EXEMPLE VIII
Extraction de stérols, et plus particulièrement de cholestérol, contenus dans du beurre concentré, conformément au deuxième mode de mise en oeuyre du procédé suivant l'invention.
Dans cet exemple, on a réalisé 6 essais d'extraction de stérols du beurre concentré de la même façon que dans l'exemple VII. On a simplement fait varier certains paramètres expérimentaux. Les données et résultats de ces essais sont présentés dans le Tableau VII suivant :
Figure imgf000035_0001
%
Figure imgf000036_0001
Commentaires des résultats
Dans l'essai 1, des concentrations en cyclodextrine de 1 à 7 % en poids par rapport au beurre concentré ont conduit à des rendements d'extraction compris entre 26 et 88 %. En augmentant le niveau de saturation, ou améliore les rendements d'extraction.
L'essai 2 fait apparaître que plus la température de mise en contact augmente et plus le niveau de saturation diminue, plus les rendements d'extraction correspondants diminuent.
L'essai 3 montre qu'il en va de même pour la température de séparation. Il apparaît préférable de ne pas dépasser 60°C.
II ressort des résultats de l'essai 4 qu'une quantité d'eau de 50 % permet d'atteindre un rendement d'extraction très satisfaisant de 80 %, supérieur à celui obtenu avec 100 % d'eau.
Les extractions réalisées avec des durées de mise en contact croissantes dans l'essai 5 montrent qu'à partir d'un temps de l'ordre de 12 minutes, on atteint pratiquement un plateau équivalent à un rendement d'environ 80 % d'extraction. EXEMPLE IX
Traitement d'un milieu gras à l'aide de cyclodextrine.
Une quantité de 50 kg d'huile de mais dont on a extrait au préalable les phospholipides (démucilagination) et qui présente un indice d'acide de 1,5 (exprimé en % d'acide oléique pour 100 g), est traitée à l'aide de 1,2 kg de β-cyclodextrine (commercialisée par la Société Demanderesse sous la marque KLEPTOSE) en vue d'extraire les acides gras libres et les composés de dégradation contenus dans cette huile.
La β-cyclodextrine, qui se présente sous forme de poudre est dispersée par agitation dans l'huile à traiter. On ajoute lentement 20 kg d'eau de façon à former par agitation et à température ambiante (20ºC, L.S. = 1,48) une émulsion grossière. Le niveau de saturation est de 3,54.
L'ensemble est ensuite homogénéisé par agitation à 13500 tours/minute pendant 1 minute à l'aide d'un appareil de type UNIMIX. On obtient ainsi une émulsion fine de type huile dans eau, de texture semblable à une mayonnaise.
Cette émulsion est chauffée à 90ºC avant d'être centrifugée à 6000 tours/minute pendant 5 minutes. Il se forme ainsi trois phases :
- une phase huileuse qui, après lavage à l'eau et séchage, présente un indice d'acide de 0,6,
- une phase aqueuse,
- un culot de centrifugation de couleur blanche.
EXEMPLE X
Traitement d'un condensât de désodorisation à l'aide de cyclodextrine.
1000 g de condensât de désodorisation d'une huile de tournesol sont traités à l'aide de β-cyclodextrine (commercialisée sous la marque déposée KLEPTOSE par la Société Demanderesse) de manière à extraire les phytostérols qu'il contient. La composition de ce co-produit issu du raffinage d'une huile de tournesol est donnée dans le Tableau III ci-dessous.
On réalise sur ce condensât une double extraction en procédant comme suit :
- 160 g de β-cyclodextrine KLEPTOSE et 160 g d'eau à 20ºC (L.S. = 1,48) sont ajoutés au condensât. Le niveau de saturation est de 53. Le tout est homogénéisé pendant 5 minutes avec un matériel de type ULTRATURAX de manière à obtenir une émulsion visqueuse et homogène. Celle-ci est ensuite diluée avec 3000 g d'eau avant d'être centrifugée à 3000 tours/minute et à température ambiante. On sépare ainsi un premier culot de centrifugation, une phase grasse et une phase aqueuse intermédiaire. Cette dernière est éliminée. Les deux autres phases sont conservées.
- 160 g de β-cyclodextrine KLEPTOSE et 160 g d'eau à 20ºC sont ajoutés à la phase grasse surnageante obtenue comme décrit ci-dessus afin de réaliser une seconde extraction. On procède de manière identique afin d'obtenir un second culot de centrifugation et une phase grasse ayant subi une double extraction. Cette dernière est séchée en étuve à 40°C pendant 48 heures.
Sa composition et celle du condensât de départ sont données dans le tableau VIII ci-dessous.
Figure imgf000039_0001
La β-cyclodextrine, par inclusion sélective, a permis une extraction des phytostérols. La phase grasse traitée s'est enrichie en tocophérols, en acides gras libres et en triglycérides.
EXEMPLE XI
Obtention d'un isolât aromatique enrichi à l'aide de cyclodextrine.
Une huile essentielle de menthe poivrée est traitée au moyen de β-cyclodextrine (commercialisée par la Société Demanderesse sous la marque KLEPTOSE) afin d'obtenir un isolât aromatique riche en menthol.
Pour cela, 110 g de β-cyclodextrine KLEPTOSE sont mélangés à 50 g d'eau distillée à température ambiante (L.S. = 1,48). Le niveau de saturation est de 103,5. On obtient ainsi une pâte blanche visqueuse à laquelle sont ajoutés lentement, sous agitation mécanique, 200 g d'huile essentielle.
L'ensemble est ensuite homogénéisé à 13500 tours/minute en utilisant un appareil de type UNIMIX. On obtient alors une pâte en suspension dans le milieu huileux.
Cette pâte est séparée de l'huile en excès par filtration sous vide, en utilisant un appareil de type
Buchner. En final, on obtient une poudre aromatique blanche. Celle-ci contient sur sec 12,6 % d'isolât aromatique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'extraction de composés mineurs gras, notamment de stéroldes, contenus dans une matière d'origine biologique à l'aide de cyclodextrine, dans lequel la cyclodextrine est mise en contact, sous agitation et dans un milieu réactionnel comprenant de l'eau, avec la matière à traiter de façon à permettre la formation de complexes d'inclusion entre la cyclodextrine et les composés mineurs gras, ces complexes étant ensuite séparés de ladite matière, caractérisé en ce que, la quantité d'eau présente dans le milieu réactionnel est inférieure à 100 % en poids par rapport à la matière sèche à traiter et en ce que lors de la mise en contact, la température du milieu réactionnel et la quantité d'eau présente dans ledit milieu sont choisies de telle sorte que la cyclodextrine se trouve partiellement sous forme non dissoute.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le niveau de saturation dans l'eau de la cyclodextrine présente dans le milieu réactionnel est supérieur ou égal à 1,67, de préférence supérieur ou égal à 1,87 et plus préférentiellement encore supérieur ou égal à 2,0.
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le niveau de saturation dans l'eau de la cyclodextrine est inférieur à 3000, de préférence inférieur à 1500 et plus préférentiellement encore inférieur à 750.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la quantité d'eau présente dans le milieu réactionnel est comprise entre 10 et 90 %, et de préférence entre 20 et 80 % en poids par rapport à la quantité de matière d'origine biologique à traiter exprimée en sec.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la cyclodextrine est du type alpha, bêta ou gamma, de préférence bêta, substituée ou non.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la quantité de cyclodextrine utilisée est comprise entre 0,5 et 15 %, de préférence entre 1 et 10 % et plus préférentiellement encore entre 3 et 8 % par rapport à la quantité de matière d'origine biologique à traiter exprimée en sec.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la cyclodextrine pulvérulente séchée mise en oeuvre possède une teneur en eau inférieure ou égale à 11 % en poids, de préférence 7 % en poids et plus préférentiellement encore à 5 % en poids et ce qu'elle est éventuellement réhydratée jusqu'à une teneur en eau inférieure ou égale à 15 % en poids.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la mise en contact cyclodextrine/matière à traiter s'effectue à une température choisie de telle sorte que les corps gras contenus dans ladite matière se trouvent à l'état figé, c'est-à-dire présentent un taux de corps gras solides ou cristallins supérieur ou égal à 5 % en poids.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la température est choisie de telle sorte que le taux de corps gras solides ou cristallins soit de préférence supérieur ou égal à 10 % et plus préférentiellement encore à 30 %.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que la teneur en eau est comprise entre 20 et 60 % en poids par rapport à la matière à traiter exprimée en sec.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le mélange matière à traiter/eau/cyclodextrine se présente sous une forme pâteuse que l'on soumet, pendant la durée de la mise en contact, à une opération de malaxage au cours de laquelle se forment des complexes cyclodextrine/composés mineurs gras.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que la séparation des complexes d'inclusion cyclodextrine/composés mineurs gras est réalisée en portant le mélange à une température choisie de telle sorte que les corps gras contenus dans la matière d'origine biologique à traiter se trouvent à l'état fondu, c'est-à-dire dans un état où le taux de corps gras solides ou cristallins est inférieur à 1 % en poids, ce grâce à quoi une phase grasse surnageante à teneur réduite en composés mineurs gras se sépare d'une phase mixte hydrolipidique contenant les complexes d'inclusion cyclodextrine/composés mineurs gras.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la température est choisie de façon à ce que les corps gras contenus dans la matière d'origine biologique à traiter soient à l'état non figé et de préférence à l'état fondu, c'est-à- dire que le taux de corps gras solides ou cristallins est inférieur à 5 % et de préférence & 1 % en poids.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la teneur en eau est comprise entre 45 et 80 % en poids par rapport à la matière à traiter exprimée en sec.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la température de séparation est inférieure ou égale à 60ºC.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que la séparation des complexes d'inclusion formés consiste à effectuer une centrifugation ou une décantation du mélange obtenu après la mise en contact de manière à recueillir un culot contenant lesdits complexes, une phase intermédiaire aqueuse, et une phase surnageante lipidique à teneur réduite en composés mineurs gras.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que la matière d'origine biologique est une matière grasse animale et/ou une matière grasse végétale ayant un taux de phospholipides totaux inférieur à 10 % en poids par rapport aux lipides totaux.
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