WO2010055250A1 - Procede pour le pilotage d'un traitement de depolymerisation par ultrasons d'un biopolymere hydrosoluble - Google Patents

Procede pour le pilotage d'un traitement de depolymerisation par ultrasons d'un biopolymere hydrosoluble Download PDF

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WO2010055250A1
WO2010055250A1 PCT/FR2009/052148 FR2009052148W WO2010055250A1 WO 2010055250 A1 WO2010055250 A1 WO 2010055250A1 FR 2009052148 W FR2009052148 W FR 2009052148W WO 2010055250 A1 WO2010055250 A1 WO 2010055250A1
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biopolymer
dpw
treatment
solution
probe
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Application number
PCT/FR2009/052148
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Inventor
Alain Domard
Laurent David
Simina Popa-Nita
Original Assignee
Universite Claude Bernard Lyon 1
Centre National De La Recherche Scientifique
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J11/00—Recovery or working-up of waste materials
    • C08J11/04—Recovery or working-up of waste materials of polymers
    • C08J11/10—Recovery or working-up of waste materials of polymers by chemically breaking down the molecular chains of polymers or breaking of crosslinks, e.g. devulcanisation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/10—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing sonic or ultrasonic vibrations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B37/00—Preparation of polysaccharides not provided for in groups C08B1/00 - C08B35/00; Derivatives thereof
    • C08B37/0006—Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid
    • C08B37/0024—Homoglycans, 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
    • C08B37/0027—2-Acetamido-2-deoxy-beta-glucans; Derivatives thereof
    • C08B37/003—Chitin, 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08H—DERIVATIVES OF NATURAL MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08H1/00—Macromolecular products derived from proteins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0877—Liquid
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    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling

Definitions

  • the present invention relates to a treatment for depolymerizing a water-soluble biopolymer by mechanical action by subjecting a solution of this biopolymer to the action of ultrasound. It relates more particularly to a method for controlling such a treatment by varying a certain number of parameters in order to optimize the treatment, in particular the duration thereof, or the degree of mass polymerization DPw of the biopolymer or of the oligomer that one wishes to obtain.
  • biopolymer refers to polymers that are present in or synthesized by living organisms, as well as their derivatives resulting from one or more chemical modifications.
  • water-soluble biopolymers it is possible to retain polysaccharides and their derivatives, proteins and polynucleotides.
  • glycosaminoglycans As regards more particularly polysaccharides, the group of glycosaminoglycans (GAGs) is particularly interesting because of its bioactive properties.
  • GAGs glycosaminoglycans
  • chitin and chitosan have remarkable potential. Chitin is widespread in biomass, being present in the cuticle of all arthropods, in the skeleton of cephalopods, in extracellular matrices of many fungi, and in some yeasts and algae. Chitosan is a deacetylated derivative of chitin.
  • GIcNAc 2-acetamido-2-deoxy- ⁇ -D-glucan
  • GcN 2-amino-2-deoxy- ⁇ -D-glucan
  • COS including chitosan oligomers
  • the degree of polymerization of a biopoiymer possibly up to the size of an oligomer.
  • This can be achieved by implementing a chemical treatment, especially hydrolysis, or enzymatic treatment.
  • the low molecular weight polymers and oligomers obtained by these treatments show a fairly broad polydispersity and the ends of the polymer chains can be altered.
  • the ultrasonic depolymerization still remains very empirical.
  • the user must proceed by trial and error to obtain the result he wants.
  • the user is content to do no more than vary the duration of treatment, without affecting the other parameters of its installation or the solution to be treated.
  • the frequency (f) of the ultrasound being equal to or lower than a given threshold f s
  • the method of the invention consists of:
  • the method of the invention consists of:
  • the H and D parameters of the reactor geometry constant, by varying at least one parameter among the following parameters: the duration of the treatment (t), the DPw at get, the reactor diameter ( ⁇ ), the power
  • the value of the threshold f s depends on the biopolymer selected; it is of the order of 20 kHz when the water-soluble biopolymer is a chitosan.
  • the hydrosoluble biopolymer whose ultrasonic depolymerization treatment is capable of being controlled according to the process of the invention may be chosen from polysaccharides and their water-soluble derivatives, proteins and polynucleotides.
  • polysaccharides and their derivatives it may be in particular chitosans whose degree of acetyiation (DA) is less than or equal to
  • proteins it may be in particular a collagen.
  • polynucleides it may be deoxyribonucleic acid (DNA) or ribonucleic acid (RNA).
  • the process of the invention it is possible to optimize, for example, the duration of the treatment making it possible to obtain a given DPw biopolymer by varying as much as necessary, the and / or the other parameters that are the diameter of the reactor, the power of the probe supply, the ultrasound frequency, the diameter of the probe and the biopolymer concentration of the solution, as long as working on the same biopolymer, and keeping constant the parameters H and D which made it possible to calculate, in the reference process, the values of the accessibility rate n ° and the depolymerization rate constant kl ref and possibly the depolymerization rate constant k2 ref .
  • this does not preclude working with another biopolymer or by varying the parameters H and D.
  • the water-soluble biopolymer being a chitosan having a degree of acetylation DA of the order of 1.5%
  • the height H of penetration of the ultrasound probe into the solution and the distance D between the end of the probe and the reactor base are determined such that the accessibility ratio n is greater than or equal to 0.005 and less than or equal to 0.01.
  • the accessibility rate n ° is of the order of 0.01 for a distance D of the order of 2.3 cm and of the order of 0.007 for a distance D of the order of 5.3 cm.
  • a chitosan solution having a DPw (O) of the order of 2850 and a polydispersity index Ip of the order of 1.6 it is possible, by controlling the treatment conditions according to the the present invention, to obtain a chitosan of DPw between 200 and 500 with a polydispersity index p between 1 and 1.2. It is even possible to refine the processing conditions so that the polydispersity index is less than or equal to 1.1.
  • DPw in particular between 200 and 500, with a low polydispersity index Ip, in particular between 1 and 1.2, can be obtained with a frequency equal to or less than the threshold f s with a relatively fast kinetics.
  • the DPw of the solution decreases.
  • biopolymers of lower degree of polymerization DPw but oligomers having very low DPw For example, with a starting solution whose chitosan has a DPw (O) of the order of 2850, it is possible to control the treatment conditions in order to obtain chito-oligosaccharides of DPw of less than 50 and preferably between 2 and 12.
  • This facility for controlling a depolymerization treatment of a biopolymer comprises: a. a reactor for containing a given volume of a biopolymer solution having an average degree of polymerization DPw (O), and b. an ultrasound generator comprising a probe, intended to penetrate the solution over a given height (H) and operating at a given frequency (f), and means for supplying and controlling said probe.
  • the installation comprises a device for controlling the ultrasound generator which comprises: c. first input and storage means of first values relating to at least some parameters among which the duration of the treatment (t), the average degree of initial polymerization DPw (O) and obtain DPw, the reactor diameter ( ⁇ ), the power supply (P) of the probe, the frequency (f) of the ultrasound, the diameter ( ⁇ ) of the probe and / or the concentration (c p ) of the biopolymer of the solution, for a given treatment, d. second means for inputting and storing second values of the accessibility ratio n and the rate constant kl ref of the equation [A] below
  • DPP ⁇ (tt) DPP v ( ⁇ (W) calculated from the first values for a reference treatment, e. and means for calculating the speed constant k1 for a subsequent treatment, to be carried out in the same reactor and with the same biopolymer, while keeping the height H and the distance D constant, starting from the first values corresponding to said subsequent processing and inputs. in the first input and storage means, said calculation being made from equation [B] below:
  • the control device is programmed so as to control the operation of the ultrasound generator for said subsequent treatment by applying equation [A] with the second value of n ° of the reference treatment and the second value of kl calculated for said subsequent processing by means of calculation.
  • said installation comprises an automatic device for controlling the ultrasound generator which comprises: c.
  • second means for inputting and storing second values of the accessibility ratio n ° and depolymerization rate constants k1 ref and k2 ref of the equation [A '] below: 1
  • control device is programmed so as to control the operation of the ultrasound generator for the said subsequent treatment by applying the equation [A '] with the second value of No. of the reference treatment and with the second values of kl and k2 calculated for the subsequent processing by the calculation means.
  • the frequency threshold f s is of the order of 20 kHz.
  • FIG. 1 is a very schematic representation of the installation, according to the invention, for controlling a depolymerization treatment of a water-soluble biopolymer under the action of ultrasound,
  • FIG. 2 is a representation of the results of five treatments A, B, C, D, E, in the form of graphs showing the DPw as a function of the index Ip of a succession of measurements carried out on a chitosan solution during the depolymerization treatment,
  • FIGS. 4 and 5 are representations of treatments C for FIG. 4 and E for FIG. 5 showing the evolution in time of I / DPw (t) -1 / DPw (O).
  • the detailed examples which will be given below all have chitosan as a water-soluble biopolymer. This is not exclusive; all the other water-soluble biopolymers, especially those listed explicitly above, are susceptible to ultrasonic de-polymerization in the same way as chitosan, with different values of the accessibility ratio.
  • the plant 1 specially designed for carrying out the process of the invention comprises a reactor 2, an ultrasound generator 4 and a control device 7 of the ultrasound generator 4.
  • the reactor 2 is intended to contain a given volume of a solution 3 of a biopolymer having an average degree of polymerization DPw (0).
  • the ultrasound generator 4 comprises a probe 5 and means 6 for supplying and controlling said probe 5. As can be seen in FIG. 1, the probe 5 enters the solution 3 over a height H. The head 5a of the probe 5 is at a distance D from the base 2a of the reactor 2. The probe 5 is cylindrical with a diameter ⁇ . Solution 3 has a concentration of biopolymer c p . The work carried out by the applicants has made it possible to identify and quantify the main parameters influencing the ultrasonically induced biopolymer depolymerization kinetics.
  • the number of links ultrasonically degrading under the action of the depolymerization mechanism is a characteristic which depends on the biopolymer and which also depends on the vertical geometry of the reactor, namely the height H and the distance D.
  • the number of bonds likely to be degraded is represented in the method of the present invention by the accessibility rate No..
  • the depolymerization of the biopolymer proceeds from two different mechanisms. The first mechanism causes a rapid cleavage of the polymer chains and a lowering of their polydispersity.
  • the second mechanism much slower at the beginning of the reaction, leads to the production of much shorter chains, or even oligomers, having a higher polydispersity.
  • the applicants have put in place mathematical equations enabling the depolymerization treatment to be steered, taking into account the respective effect of these two mechanisms and the parameters who influence them.
  • the second mechanism has a much slower kinetics than the first mechanism at the beginning of the reaction and that it is possible to consider that its influence is marginal when the frequency of the ultrasound is less than one. given threshold f ⁇ , the value of which depends in particular on the biopolymer.
  • the mathematical equation selected [A] when the ultrasound frequency f is less than the threshold f s takes into account only the first mechanism; on the contrary, when the frequency f is greater than the given threshold f s , the mathematical equation selected [A '] takes into account the two mechanisms.
  • the accessibility rate n ° appears only in the mathematical equation [A] of the first mechanism.
  • This rate n is equal to the inverse of the degree of polymerization DPw limit when the duration of treatment tends to infinity. For example, it is 0.01 when the DPw limit, for a depolymerization based on the first mechanism alone, is of the order of 100.
  • the accessibility rate does not appear explicitly. In fact, in this second mechanism, no is equal to 1, all the links connecting the units monomers of the polymer chain of the biopoiymer being equivalent in energy and therefore liable to be broken by this second mechanism of depolymerization at the same speed.
  • the two mathematical equations [A] and [A '] involve two constants of depolymerization speed, respectively kl for the first mechanism and k2 for the second.
  • these two constants are variously influenced by the parameters related to treatment and installation. More precisely, the value of each of these two constants k1 and k2 increases with the power supply P and the frequency f of the ultrasound and with the diameter ⁇ of the probe and, on the contrary, decreases with the concentration c p of the solution in biopolymer and with the diameter ⁇ of the reactor. It seems that the influence of these parameters on the occasion of the second depolymerization mechanism is substantially the same as that which occurs for the first mechanism. On the other hand, the influence of the frequency f on the value of the constant k2 of the second mechanism is much greater than that observed for the constant k1 of the first mechanism.
  • FIG. 2 shows graphs representing ordinarily the average degree of polymerization mass DPw and the abscissa of the polydispersity index Ip for chitosans depolymerized ultrasonically in five treatments A, B, C, D, E implementing first values for the parameters ( ⁇ , c p , ⁇ , P and f) other than the time t and the DPw, mentioned in Table 1 below.
  • Table 1 shows graphs representing ordinarily the average degree of polymerization mass DPw and the abscissa of the polydispersity index Ip for chitosans depolymerized ultrasonically in five treatments A, B, C, D, E implementing first values for the parameters ( ⁇ , c p , ⁇ , P and f) other than the time t and the DPw, mentioned in Table 1 below.
  • the water-soluble biopolymer starting solution is a solution of a chitosan from the Indian firm Mahtani Chitosan Pvt. Ltd. This chitosan was obtained by chemical N-deacetylation of a chitin extracted from squid feathers. This polymer was subjected to a first purification step of dissolving the 0.5% chitosan in a stoichiometric amount of aqueous acetic acid. The solution was successively filtered through four membranes of porosity 3 ⁇ m, 1.2 ⁇ m, 0.8 ⁇ m and 0.45 ⁇ m. The polymer was precipitated with ammonia. After repeated washings with deionized water, the precipitate was finally lyophilized.
  • the degree of DA acetylation of chitosan was 1.5%, its average polymer mass DPw of 2850 and its polydispersity index Ip of 1.6.
  • the initial chitosan was redispersed in an aqueous acetic acid solution with stoichiometric protonation of the amine sites.
  • Ultrasonic depolymerization treatments were performed with two uitrason generators.
  • the height H used for the reference treatment was 1.7 cm and the distance D was 2.3 cm.
  • the kinetics of the ultrasonic depolymerization was followed by determining the lowering of the DPw as a function of time.
  • Molecular weights and Polydispersity indices were calculated by Size Exclusion Chromatography (SEC) coupled in-line with a differential refractometer (Waters) and a multi-angle detector operating at 632.8 nm (Wyatt Dawn DSP).
  • SEC Size Exclusion Chromatography
  • a buffer of 0.15 M ammonium acetate / 0.2 M acetic acid at pH 4.5 was used as the eluent with a flow rate of 0.5 ml / min.
  • Two columns Protein Pack Glass 20OsW (Waters) and TSKgel G6000PW (Tosohaas) were used.
  • the index of refraction index dn / dc was evaluated at 0.198 ml / g.
  • the lines L A , LB, LC, LD, L E in solid lines or in dotted lines make it possible to visualize the evolution of the results obtained for the measurements made on the chitosan solution throughout the five depolymerization treatments.
  • the result of each measurement corresponds to a point whose representation in FIG. 2 differs according to the treatment, as appears in the cartridge of FIG. 2.
  • the total duration of the five depolymerization treatments was limited to six hours. .
  • the first depolymerization mechanism which results in a lowering of the polydispersity index Ip can be observed, compared with the value of 1.6 of this method.
  • This first mechanism could be explained by the fact that the ultrasound action would be carried out on certain weakened zones of the polymer chains corresponding to specific DPs. Under the conditions of treatments A and B, it has been possible to obtain chitosans of DPw between 150 and 500 and having a polydispersity index Ip of the order of or less than 1.1.
  • the first mechanism is predominant throughout the duration of the treatment, which makes it possible to obtain chitosans of relatively low DPw, of between 100 and 500, and very low polydispersity, the index Ip being of the order of 1.1 or even between 1 and 1.1.
  • the aim of controlling the depolymerization treatment of a biopolymer is to give the user the means of optimizing his treatment, according to the first or the two mechanisms described above by adapting as much as necessary the parameters influencing the results of the treatment. treatment.
  • This control is made possible according to the present invention thanks to the calculation made by the applicants, from the results of their work, of the exponents ⁇ 1, ⁇ 1, ⁇ 1, ⁇ 1, ⁇ 1 entering the calculation of the constant k1 of the first mechanism by the equations [B] and [Bl] and exponents ⁇ 2, ⁇ 2, ⁇ 2, ⁇ 2, ⁇ 2 entering the computation of the constant k2 of the second mechanism by the equation [B'2], exponents which, in the said equations, concretize the relative influence of the variations of the parameters other than the time t and the DPw on the course of a subsequent treatment compared to that observed during a reference treatment.
  • the installation 1 also comprises a control device 7 of the ultrasound generator 4.
  • This device 7 comprises first 8 and second 9 input and data storage means and calculation means 10.
  • the data intended to be input into the first storage input means 8 correspond to the values, referred to as first values, which are relative to the parameters which are the treatment duration t, the average mass polymerization degree of the starting biopolymer DPw ( O), and the degree of mass-average polymerization that is sought to obtain DPw, the reactor diameter ⁇ , the power supply P of the probe, the frequency f of the ultrasound, the diameter ⁇ of the probe and the c p biopolymer concentration of the solution. All of these first values correspond to a determined treatment for which the parameters relating to the vertical geometry of the reactor, namely the height H and the distance D, are predetermined.
  • the data intended to be input in the second input and storage means 9 correspond to the values, referred to as second values, on the one hand of the access rate n °, and on the other hand, of the speed constant of depolymerization kl ref , either of two constants of depolymerization rate kl ref and k2 rGf depending on whether the installation is intended for a treatment based on only the first mechanism or the two aforementioned mechanisms.
  • the values of klref and k2ref were calculated as part of a benchmark treatment as shown below.
  • the calculation means 10 have the function of calculating either the speed constant k1 or the speed constants k1 and k2 for a subsequent treatment, this treatment being performed with the same biopolymer, and keeping the height H and the distance D constant. This computation is carried out starting from either the equation [B], or from the equations [B'1] and [B'2] mentioned previously, by applying the values of the exponents also mentioned previously, and from the first ones values entered in the first input and storage means 8 for each parameter for the subsequent subsequent processing.
  • the control device 7 is programmed, by means of appropriate software, so as to control the operation of the ultrasound generator 4 for said subsequent treatment by applying either the equation [A] or the equation [A '], with the second value entered for the access rate No.
  • the kinetics of the ultrasonic depolymerization is followed by determining the lowering of the DPw as a function of time as explained above. All the measurements carried out successively during the duration of the treatment make it possible to follow the evolution of the DPw during the treatment of reference; this evolution is materialized by a succession of points on a graph having the DPw in ordinate and the time t on the abscissa. It is also possible to bring the result of these measurements in the form of a graph having the ordinate the inverse of the DPw, more precisely l / DPw (t) -1 / DPw (O) and the time t on the abscissa.
  • FIGS. 3 and 4 An example of graphs for such a reference treatment is illustrated in FIGS. 3 and 4. This reference treatment corresponds to the treatment C mentioned above.
  • the curve in solid lines of FIG. 4 corresponds to a curve corresponding to the equation [A] with n ° equal to 0.01 and kl equal to 0.3 h -1 .
  • Piloting on the basis of the first mechanism alone is particularly advantageous when it comes to optimizing a treatment intended to depolymerize the biopolymer in a limited way, not leading to the oligomers, for example as regards chitosan for DPw of the order of 100 to 150.
  • DPw chitosan
  • the graph of FIG. 5 corresponds to the treatment E for which the importance of the second mechanism has been shown.
  • n ° and kl ref and k2 ref it is advisable to draw the curve L ' E in solid line in figure 5, which is the closest of the points materializing the results of the measurements and to break this curve L ' E in two curves L ⁇ i and L' E2 of the type respectively n ° i (l "e " k i t ) and n Q 2 (the "k 2 t ) in which n ° 2 is equal to 1, to then determine the values of n ° (which corresponds to No.
  • the control based on the two mechanisms is particularly of interest when it comes to optimizing the treatment conditions to obtain a significant lowering of the DPw, especially when it is a question of obtaining oligomers, in particular chito-oiigosaccharides of DPw between 2 and 12.
  • Applicants have characterized the chito-oligosaccharides obtained by an ultrasonic depolymerization treatment of a totally deacetylated chitosan sample, they have been able to note that there were no alterations in the chemical structure during the depolymerization by ultrasound. They had a DPw distribution between 2 and 11.
  • the piloting technique according to the process of the present invention requires to maintain constant, for subsequent treatments on the same reactor and with the same biopolymer, the parameters relating to the vertical geometry of the reactor, namely the height H and the distance D, by compared to the reference treatment which made it possible to calculate n ° and kl raf and / or k2 ref .
  • the reference treatment which made it possible to calculate n ° and kl raf and / or k2 ref .
  • height H and / or distance D it is advisable to carry out another reference treatment, to calculate again n ° and kl ref and / or k2 ref .
  • the values of the other parameters corresponding to the first values to be entered in the first input and data storage means 8 can be modified and serve as a basis for optimizing the subsequent processing according to the desired objective.
  • the control device will make it possible to stop the treatment when the elapsed time will be equal to the value t obtained in applying the equation [A] or [A '] with DPw equal to 150. I! the same is true when it comes to obtaining oligomers, DPw much lower.
  • the control makes it possible to optimize the processing time t as a function of the DPw that one wishes to obtain, all the first values for the other parameters being determined.
  • the processing time t and the DPw is also possible to set the processing time t and the DPw to be obtained and to optimize the treatment by varying at least one of the other parameters, which amounts to varying the values of kl and or k2 in the equation [A] or [A '].
  • the programming of the control device 7 is provided to display in advance what would be the effect of the variation of the first values of said other parameters on the processing time and / or the DPw obtained. This allows the user to knowingly modify the concentration of the biopolymer solution or the probe diameter or the power of the probe or the reactor diameter or the frequency of the ultrasound, before launching the subsequent treatment.

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Abstract

Le procédé et l'installation concernent Ie pilotage d'un traitement de dépoiymérisation d'un biopolymère hydrosoiuble dans lequel on soumet un volume donné d'une solution de ce biopoiymère ayant un degré moyen de polymérisation en masse DPw donné DPw(O), contenu dans un réacteur, à l'action d'ultrasons ayant une fréquence (f) égale ou inférieure à un seuil fs. On réalise un traitement de référence dans des conditions bien définies, en effectuant des prélèvements périodiques de la solution sur lesquels est mesuré Ie DPw(t). On calcule, à partir des données obtenues, les valeurs de n° et de k1ref dans l'équation [A] ci-dessous : [A] (I) On pilote les traitements subséquents, sur le même biopolymère en faisant varier au moins un des paramètres suivants : la durée du traitement (t), le DPw à obtenir, le diamètre du réacteur (Φ), la puissance (P) d'alimentation de la sonde, la fréquence (f) des ultrasons, le diamètre (φ) de ia sonde et/ou Ia concentration (cp) en biopolymère de la solution et en appliquant l'équation [A] avec la valeur de n° précitée et avec la valeur de k1 calculée à partir de l'équation [B] ci-dessous : [B] (II) dans laquelle: (III)

Description

PROCEDE POUR LE PILOTAGE DfUN TRAITEMENT DE DEPOLYMERISATION PAR ULTRASONS D'UN BIOPOLYMERE HYDROSOLUBLE
La présente invention concerne un traitement destiné à dépolymériser un biopolymère hydrosoluble par action mécanique en soumettant une solution de ce biopolymère à l'action d'ultrasons. Elle concerne plus particulièrement un procédé destiné à piloter un tel traitement en faisant varier un certain nombre de paramètres en sorte d'optimiser le traitement, notamment soit la durée de celui-ci, soit le degré de polymérisation moyen en masse DPw du biopolymère ou de l'oligomère que l'on souhaite obtenir.
Le terme biopolymère désigne des polymères qui sont présents dans les organismes vivants ou qui sont synthétisés par ceux-ci, ainsi que leurs dérivés résultant d'une ou plusieurs modifications chimiques. Parmi les biopolymères hydrosolubles, on peut retenir les polysaccharides et leurs dérivés, les protéines et les polynucléotides.
S'agissant plus particulièrement des polysaccharides, le groupe des glycosaminogiycanes (GAGs) est particulièrement intéressant du fait de ses propriétés bio-actives. En particulier, dans cette famille, la chitine et le chitosane ont un potentiel remarquable. La chitine est très répandue dans la biomasse, étant présente dans la cuticule de tous les arthropodes, dans le squelette des céphalopodes, dans les matrices extra-cellulaires de nombreux champignons et dans quelques levures et algues. Le chitosane est un dérivé désacétylé de la chitine. Il s'agit d'un copolymère linéaire constitué de résidus, distribués au hasard, de 2- acétamido-2-désoxy-β-D-glucane (GIcNAc) and 2-amino-2-désoxy-β-D-glucane (GIcN) reliés ensemble via des liaisons β,(l→4) glycosidiques. Ses propriétés dépendent largement du degré d'acétylation (DA) correspondant à la fraction molaire des résidus GIcNAc, à son poids moléculaire et à sa polydispersité (ou polymolécularité). Ainsi, en vue d'identifier clairement leurs propriétés physiques et biologiques, il est d'un grand intérêt de produire des chitosanes faits sur mesure en faisant varier le degré d'acétylation et le degré moyen de polymérisation DPw avec de préférence un faible indice de polydispersité. Dans ie domaine bio-médical, il a été montré que les chito-oligosaccharides
(COS), notamment les oligomères de chitosane, étaient d'application plus facile du fait de leur solubilité dans l'eau et de leur bioactivité spécifique, notamment du déclenchement de l'apoptose des cellules cancéreuses, l'inhibition de la croissance de tumeurs, l'immuno-stimulation, l'activité anti-microbienne ou anti-oxydante.
Ainsi, pour certaines applications, il peut être intéressant de diminuer le degré de polymérisation d'un biopoiymère, éventuellement jusqu'à atteindre Ia taille d'un oligomère. Ceci peut être obtenu en mettant en œuvre un traitement chimique, notamment d'hydrolyse, ou encore un traitement enzymatique. Cependant, les polymères de bas poids moléculaire et les oligomères obtenus par ces traitements montrent une assez large polydispersité et les extrémités des chaînes polymères peuvent être altérées.
On a déjà relevé que, lorsqu'on soumet une solution de polymère hydrosoluble à l'action d'ultrasons, on constate une diminution de sa masse moléculaire, donc la dépolymérisation du polymère. L'identification des mécanismes précis qui régissent cette dépolymérisation induite par voie ultrasonique est encore en discussion. Quoiqu'il en soit, le traitement de dépolymérisation par l'action d'ultrasons présente l'avantage, par rapport aux traitements chimique et enzymatique, de ne pas nécessiter la mise en œuvre d'additifs, ni d'induire des sous-produits qu'ii est ensuite nécessaire d'éliminer, et également l'avantage de ne pas altérer la structure de base du polymère, du fait que la dépolymérisation résulte d'une simple action mécanique sur les liaisons entre unités monomères constituant ia chaîne polymère.
Cependant, la dépolymérisation par voie ultrasonique reste encore aujourd'hui très empirique. L'utilisateur doit procéder par tâtonnement pour obtenir le résultat qu'il souhaite. Par exemple, s'il s'agit de produire, à partir d'un biopolymère de degré moyen de polymérisation DPw (0) donné, un biopolymère ou un oligomère de degré moyen de polymérisation DPw donné, l'utilisateur se contente de ne faire varier que la durée du traitement, sans toucher aux autres paramètres de son installation ou de la solution à traiter. II y a donc un besoin, pour un procédé pour le pilotage d'un traitement de dépolymérisation, d'un biopolymère hydrosoluble permettant d'optimiser ledit traitement en faisant varier certains paramètres. C'est le premier but de la présente invention que de proposer un tel procédé, dans lequel on soumet un volume donné d'une solution de biopolymère hydrosoluble ayant un degré moyen de polymérisation en masse DPw donné DPw(O), contenu dans un réacteur, à l'action d'ultrasons produits par une sonde à ultrasons pénétrant dans la solution sur une hauteur H donnée et dont l'extrémité est à une distance D donnée de la base du réacteur.
Selon une première voie, la fréquence (f) des ultrasons étant égale ou inférieure à un seuil fs donné, le procédé de l'invention consiste :
- à réaliser un traitement de référence dans des conditions bien définies, en effectuant des mesures périodiques du DPw(t)de la solution,
- à calculer, à partir des données obtenues pour ce traitement de référence, la valeur du taux d'accessibilité n°, qui dépend de la nature du biopolymère et des paramètres H et D, et la valeur de la constante de vitesse de dépolymérisation klref dans l'équation [A] ci-dessous :
DPJt) DPιr(0) ^ >
- et à piloter les traitements subséquents, sur le même biopolymère, en maintenant constants les paramètres H et D de la géométrie du réacteur, en faisant varier au moins un paramètre parmi les paramètres suivants : la durée du traitement (t), le DPw à obtenir, le diamètre du réacteur (Φ), la puissance (P) d'alimentation de la sonde, la fréquence (f) des ultrasons, le diamètre (φ) de la sonde et/ou la concentration (cp) en biopolymère de la solution et en appliquant l'équation [A] avec la valeur de n° précitée et avec la valeur de kl calculée à partir de l'équation [B] ci- dessous :
Figure imgf000005_0001
dans laquelle αl = -2,1 ± 0,1 βl = 1,4 ± 0,2 γl = 2,9 ± 0,2 δl = 1,0 ± 0,1 εl = - 0,7 ±0,1
Selon une seconde voie, la fréquence (f) des ultrasons étant supérieure à un seuil fs donné, le procédé de l'invention consiste :
- à réaliser un traitement de référence dans des conditions bien définies, en effectuant des mesures périodiques du DPw(t) de la solution,
- à calculer, à partir des données obtenues pour ce traitement de référence, les valeurs du taux d'accessibilité n°, qui dépend de la nature du biopolymère et des paramètres H et D, et les valeurs des constantes klref et k2ref de vitesse de dépolymérisation dans l'équation [A'] ci-dessous :
1
[A'] ^(l-^'J + jl-^')
DP fΛ DP (C\\
- et à piloter les traitements subséquents, sur le même biopolymère, en maintenant constants les paramètres H et D de la géométrie du réacteur, en faisant varier au moins un paramètre parmi les paramètres suivants : la durée du traitement (t), le DPw à obtenir, le diamètre du réacteur (Φ), la puissance
(P) d'alimentation de la sonde, la fréquence (f) des ultrasons, le diamètre (φ) de Ia sonde et/ou la concentration (cp) en biopolymère de la solution et en appliquant l'équation [A'] avec la valeur de n° précitée et avec les valeurs de kl et k2 calculées à partir des équations [B'1] et [B'2] ci-dessous :
'KJ UJ U-J UJ W,
Figure imgf000006_0001
dans lesquelles αl = α2 = -2,1 ± 0,1 βl = β2 = 1,4 ± 0,2 γl = 2,9 ± 0,2 γ2 ≈ 5 ± 1 δl = 52 = 1,0 ± 0,1 εl = a = - 0,7 ±0,1
II a été constaté que, lorsque la fréquence (f) des ultrasons est égaie ou inférieure à un seuil fs donné, le second mécanisme de dépolymérisation qui correspond au second membre de l'équation [A'] de la seconde voie du procédé de l'invention peut être négligé par rapport au premier mécanisme de dépolymérisation qui correspond au premier membre de l'équation [A']. C'est ce cas, dans lequel !a fréquence (f) des ultrasons est égale ou inférieure à fs, qui correspond à la première voie du procédé de l'invention.
La valeur du seuil fs dépend du biopolymère retenu ; elle est de Tordre de 20 kHz lorsque le biopolymère hydrosoiuble est un chitosane.
Le biopolymère hydrosuble dont le traitement de dépolymérisation par voie ultrasonique est susceptible d'être piloté selon le procédé de l'invention peut être choisi parmi les polysaccharides et leurs dérivés hydrosolubles, ies protéines et les polynucléotides. S'agissant des polysaccharides et leurs dérivés, il peut s'agir notamment des chitosanes dont le degré d'acétyiation (DA) est inférieur ou égal à
70% , des carboxymethylcelluloses, des hyaluronanes, des dextranes , des afginates, des pectines, des pullulanes, de i'amylopectine, des dextrines, des xanthanes, de la gomme guar, des carraghénanes ou des gelanes.
S'agissant des protéines, il peut s'agir notamment d'un collagène, S'agissant des polynucléides, il peut s'agir de l'acide désoxyribonucléique (ADN) ou de l'acide ribonucélique (ARN).
Ainsi, grâce au procédé de l'invention, il est possible d'optimiser par exemple Ia durée du traitement permettant d'obtenir un biopolymère de DPw donné en faisant varier autant que de besoin, la et/ou l'autre des paramètres que sont le diamètre du réacteur, la puissance de l'alimentation de la sonde, la fréquence des ultrasons, le diamètre de la sonde et la concentration en biopolymère de la solution, pour autant de travailler sur le même biopolymère, et en maintenant constants les paramètres H et D qui ont permis de calculer, dans le traitement de référence, les valeurs du taux d'accessibilité n° et de la constante de vitesse de dépolymérisation klref et éventuellement de la constante de vitesse de dépolymérisation k2ref. Bien sûr, cela n'interdit pas de travailler avec un autre biopolymère ou en faisant varier les paramètres H et D. Au cas par cas, il faut alors réaliser un nouveau traitement de référence dans des conditions bien définies, en effectuant des prélèvements périodiques de la solution sur lesquels est mesuré le DPw(t) et à calculer, à partir des données ainsi obtenues, les valeurs des nouveaux taux d'accessibilité n° et de la nouvelle constante de vitesse de dépolymérisation klref et éventuellement de la nouvelle constante de vitesse de dépolymérisation k2ref.
Selon une variante de réalisation, le biopolymère hydrosoluble étant un chitosane ayant un degré d'acétylation DA de l'ordre de 1,5 %, la hauteur H de pénétration de la sonde à ultrasons dans la solution et la distance D entre l'extrémité de la sonde et la base du réacteur sont déterminées en sorte que le taux d'accessibilité n° soit supérieur ou égal à 0,005 et inférieur ou égal à 0,01. Par exemple pour une hauteur H de 1,7 cm, le taux d'accessibilité n° est de l'ordre de 0,01 pour une distance D de l'ordre de 2,3 cm et de l'ordre de 0,007 pour une distance D de l'ordre de 5,3 cm.
Selon un premier mode de réalisation de cette même variante dans laquelle est mis en oeuvre un chitosane ayant un DA de l'ordre de 1,5%, Ie taux d'accessibilité n° étant égal à 0,01, la valeur de klref est de 0,3 h"1 pour un traitement de référence mettant en œuvre cette solution de chitosane, en milieu acide acétique, à pH 5 dans ies conditions suivantes :
- puissance P = 285 W
- diamètre φ de la sonde = 25 mm
- concentration cp de Ia solution en chitosane = 0,25% (w/w)
- fréquence f = 20 kHz - diamètre Φ = 5,5 cm.
Selon un second mode de réalisation de cette même variante mettant en oeuvre un chitosane ayant un DA de l'ordre 1,5 %, le taux d'accessibilité n° étant égal à 0,005, la valeur de klref est de 0,4 h"1 pour un traitement de référence mettant en œuvre cette solution de chitosane, en milieu tampon acide acétique/acétate d'ammonium, à pH 4,7 dans ies conditions suivantes :
- puissance P = 285 W
- diamètre φ de Ia sonde = 3 mm - concentration cp de la solution en chitosane = 0,5% (w/w)
- fréquence f = 20 kHz
- diamètre Φ du réacteur = 3,5 cm.
En travaillant avec une sonde qui est réglée sur une fréquence des ultrasons égale ou inférieure au seuil fs donné, qui est de l'ordre de 20 kHz dans le cas du chitosane, ii est possible de faire varier les paramètres du traitement pour obtenir un biopolymère ayant un degré de polymérisation DPw nettement inférieur à celui DPw (0) de la solution de départ mais avec un indice de polydispersité Ip beaucoup plus faible. Par exemple, partant d'une solution de chitosane ayant un DPw (0) de l'ordre de 2850 et un indice de polydispersité Ip de l'ordre de 1,6, il est possible, grâce au pilotage des conditions de traitement selon la présente invention, d'obtenir un chitosane de DPw compris entre 200 et 500 avec un indice de polydispersité ïp compris entre 1 et 1,2. Il est même possible d'affiner les conditions de traitement pour que l'indice de polydispersité soit inférieur ou égal à 1,1. De manière générale, un biopolymère de plus bas degré de polymérisation
DPw, notamment compris entre 200 et 500, avec un indice de polydispersité Ip faible, notamment compris entre 1 et 1,2, peut être obtenu avec une fréquence égale ou inférieure au seuil fs avec une cinétique relativement rapide.
Selon un troisième mode de réalisation mettant en œuvre un chitosane ayant un DA de l'ordre de 1,5% et en travaillant avec une fréquence des ultrasons supérieure à fs, le taux d'accessibilité n° étant égal à 0,01, les valeurs de klref et de k2ref sont respectivement de 0,72 ^1 et de 1.6xlO"3 h"1 pour un traitement de référence mettant en œuvre la solution de chitosane, en milieu acide à pH 5 dans les conditions suivantes : - puissance P = 100 W
- diamètre φ de la sonde = 25 mm
- concentration cp de la solution en chitosane = 0,25% (w/w)
- fréquence f = 39 kHz
- diamètre Φ = 5,5 cm. Au fur et à mesure que se déroule l'action des ultrasons, ie DPw de la solution diminue. En augmentant le temps de traitement ou en augmentant la fréquence des ultrasons au-delà du seuil f5, il est possible d'obtenir non plus des biopolymères de plus bas degré de polymérisation DPw mais des oligomères ayant des DPw très bas. Par exemple, avec une solution de départ dont le chitosane a un DPw(O) de l'ordre de 2850, il est possible de piloter les conditions du traitement en vue d'obtenir des chito-oligosaccharides de DPw inférieur à 50 et de préférence compris entre 2 et 12. Ainsi, grâce au procédé de la présente invention, il a été possible d'obtenir une solution de chito-oligosaccharides de DPw inférieur à 50 et d'indice de polydtspersité de l'ordre de ou supérieur à 1,6 et, de manière encore plus pointue, il a été possible d'obtenir une solution d'un mélange de chito-oligosaccharides de DPw compris entre 2 et 12 et d'indice de polydispersité de l'ordre de ou supérieur à 1,8. C'est un autre objet de la présente invention que de proposer une installation spécialement conçue pour la mise en œuvre du procédé précité.
Cette installation pour le pilotage d'un traitement de dépolymérisation d'un biopolymère, comprend : a. un réacteur, destiné à contenir un volume donné d'une solution de biopoiymère ayant un degré moyen de polymérisation DPw(O), et b. un générateur d'ultrasons comprenant une sonde, destinée à pénétrer dans la solution sur une hauteur (H) donnée et fonctionnant à une fréquence (f) donnée, et des moyens d'alimentation et de contrôle de ladite sonde.
Selon une première variante de ladite installation, la fréquence (f) de la sonde étant de l'ordre ou inférieure à un seuil f≤ donné, l'installation comprend un dispositif de pilotage du générateur d'ultrasons qui comprend : c. des premiers moyens d'entrée et de stockage de premières valeurs relatives à au moins certains paramètres parmi lesquels la durée du traitement (t), le degré moyen de polymérisation de départ DPw(O) et à obtenir DPw, le diamètre du réacteur (Φ), la puissance (P) d'alimentation de la sonde, la fréquence (f) des ultrasons, le diamètre (φ) de Ia sonde et/ou la concentration (cp) en biopolymère de la solution, pour un traitement donné, d. des seconds moyens d'entrée et de stockage de secondes valeurs du taux d'accessibilité n° et de la constante de vitesse klref de l'équation [A] ci-dessous
1 1
[A] = H°(l - e-^' )
D DPPΛ (tt\) D DPPv (φ(W) calculées à partir des premières valeurs pour un traitement de référence, e. et des moyens de calcul de la constante de vitesse kl pour un traitement subséquent, à réaliser dans le même réacteur et avec le même biopolymère, en maintenant constants la hauteur H et la distance D, à partir des premières valeurs correspondant audit traitement subséquent et entrées dans les premiers moyens d'entrée et de stockage, ledit calcul étant réalisé à partir de l'équation [B] ci- dessous :
Figure imgf000011_0001
dans laquelle αl = -2,1 ± 0,1 βl = 1,4 ± 0,2 γl = 2,9 ± 0,2 δl = 1,0 ± 0,1 εl = - 0,7 ±0,1 De plus, le dispositif de pilotage est programmé en sorte de commander le fonctionnement du générateur d'ultrasons pour ledit traitement subséquent en appliquant l'équation [A] avec la seconde valeur de n° du traitement de référence et ia seconde valeur de kl calculée pour ledit traitement subséquent par ies moyens de calcul. Selon une seconde variante de réalisation, dans laquelle la fréquence f de la sonde est supérieure au seuil fs donné, ladite installation comprend un dispositif automatique de pilotage du générateur d'ultrasons qui comprend : c. des premiers moyens d'entrée et de stockage de premières valeurs relatives à au moins certains paramètres parmi lesquels la durée du traitement (t), le degré moyen de polymérisation de départ DPw(O) et à obtenir DPw, le diamètre du réacteur (Φ), la puissance (P) d'alimentation de la sonde, la fréquence (T) des ultrasons, le diamètre (φ) de la sonde et/ou la concentration (cp) en biopolymère de la solution, pour un traitement donné, d. des seconds moyens d'entrée et de stockage de secondes valeurs du taux d'accessibilité n° et des constantes de vitesse de dépolymérisation klref et k2ref de l'équation [A'] ci-dessous : 1
[A'] - Λ β (l-β-^' ) + (l -e-*V )
DP (tΛ DP (ft\ calculées à partir des premières valeurs pour un traitement de référence, e. et des moyens de calcul des constantes de vitesse kl et k2 pour un traitement subséquent, à réaliser avec le même biopolymère et en maintenant constants la hauteur H et la distance D, à partir des premières valeurs correspondant audit traitement subséquent et entrées dans les premiers moyens d'entrée et de stockage, ledit calcul étant réalisé à partir des équations [Bl] et [B'2] ci-dessous ;
Figure imgf000012_0001
Figure imgf000012_0002
dans lesquelles αl = α2 = -2,1 ± 0,1 βl = β2 = 1,4 ± 0,2 γl = 2,9 ± 0,2 γ2 = 5 ± 1 δl = δ2 = 1,0 ± 0,1 εl = ε2 = - 0,7 ±0,1 De plus, le dispositif de pilotage est programmé en sorte de commander le fonctionnement du générateur d'ultrasons pour ledit traitement subséquent en appliquant l'équation [A'] avec la seconde valeur de n° du traitement de référence et avec les secondes valeurs de kl et k2 calculées pour le traitement subséquent par les moyens de calcul. En particulier, pour le traitement de dépolymérisation du chitosane, le seuil de fréquence fs est de l'ordre de 20 kHz. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va être faite de plusieurs exemples de dépolymérisation d'un biopolymère hydrosoluble illustré par le dessin annexé dans lequel :
- la Figure 1 est une représentation très schématisée de l'installation, selon l'invention, pour le pilotage d'un traitement de dépolymérisation d'un biopolymère hydrosoluble sous l'action d'ultrasons,
- la Figure 2 est une représentation des résultats de cinq traitements A,B,C,D,E, sous forme de graphiques montrant le DPw en fonction de l'indice Ip d'une succession de mesures effectuées sur une solution de chitosane pendant le traitement de dépolymérisation,
- la Figure 3 est une représentation des résultats du traitement C sous forme d'un graphique montrant l'évolution dans le temps du DPw,
- les Figures 4 et 5 sont des représentations des traitements C pour Ia figure 4 et E pour la figure 5 montrant l'évolution dans ie temps de l/DPw(t) - 1/DPw(O). Les exemples détaillés qui vont être donnés ci-après ont tous Ie chitosane comme biopolymère hydrosoluble. Ceci n'est cependant pas exclusif ; tous les autres biopoiymères hydrosolubles, notamment ceux listés explicitement ci-dessus, sont susceptibles d'être dépoiymérisés par voie ultrasonique de la même manière que le chitosane, avec des valeurs du taux d'accessibilité n° qui diffèrent. L'installation 1 spécialement conçue pour la mise en œuvre du procédé de l'invention comprend un réacteur 2, un générateur d'ultrasons 4 et un dispositif de pilotage 7 du générateur d'ultrasons 4.
Le réacteur 2 est destiné à contenir un volume donné d'une solution 3 d'un biopolymère ayant un degré moyen de polymérisation DPw (0). Le générateur d'ultrasons 4 comprend une sonde 5 et des moyens 6 d'alimentation et de contrôle de ladite sonde 5. Comme cela apparaît sur la figure 1, la sonde 5 pénètre dans la solution 3 sur une hauteur H. La tête 5a de la sonde 5 est à une distance D de la base 2a du réacteur 2. La sonde 5 est cylindrique avec un diamètre φ. La solution 3 a une concentration en biopolymère cp. Les travaux menés par les demandeurs ont permis d'identifier et de quantifier les principaux paramètres influençant la cinétique de dépolymérisation de biopolymères, induite par voie ultrasonique. Il a été trouvé que le nombre de liaisons susceptibles d'être dégradées sous l'action des ultrasons au cours du mécanisme de dépolymérisation, notamment le nombre de liaisons glycosidiques s'agissant de poiysaccharides tels que le chitosaπe, est une caractéristique qui dépend du biopolymère et qui dépend également de la géométrie verticale du réacteur, à savoir la hauteur H et la distance D. Le nombre de liaisons susceptibles d'être dégradées est représenté dans le procédé de la présente invention par le taux d'accessibilité n°. De plus, il a été trouvé que la dépolymérisation du biopolymère procède de deux mécanismes différents. Le premier mécanisme provoque une scission rapide des chaînes du polymère et un abaissement de leur polydispersité. Le second mécanisme, beaucoup plus lent en début de réaction, conduit à l'obtention de chaînes beaucoup plus courtes voire d'oligomères, ayant une polydispersité plus élevée. Partant de ce constat et s'appuyant sur les résultats de leurs travaux, ies demandeurs ont mis en place des équations mathématiques permettant d'assurer le pilotage du traitement de dépolymérisation, en tenant compte de l'effet respectif de ces deux mécanismes et des paramètres qui les influencent. De plus, il résulte également des travaux des demandeurs que le second mécanisme a une cinétique beaucoup plus lente que le premier mécanisme en début de réaction et qu'il est possible de considérer que son influence est marginale lorsque la fréquence des ultrasons est inférieure à un seuil f≤ donné, dont la valeur dépend notamment du biopolymère.
Ainsi, l'équation mathématique retenue [A] lorsque la fréquence des ultrasons f est inférieure au seuil fs ne prend en compte que le premier mécanisme ; au contraire, lorsque la fréquence f est supérieure au seuil fs donné, l'équation mathématique retenue [A'] prend en compte les deux mécanismes. Le taux d'accessibilité n° n'apparaît que dans l'équation mathématique [A] du premier mécanisme. Ce taux n° est égal à l'inverse du degré de polymérisation DPw limite lorsque la durée du traitement tend vers l'infini. Par exemple, il est de 0,01 lorsque le DPw limite, pour une dépolymérisation basée sur le seul premier mécanisme, est de l'ordre de 100. II est noté que, dans le second membre de l'équation [A'], qui correspond au second mécanisme, le taux d'accessibilité n° n'apparaît pas explicitement. En fait, dans ce second mécanisme, n° est égal à 1, toutes les liaisons reliant les unités monomères de la chaîne poiymère du biopoiymère étant équivalentes en énergie et donc susceptibles d'être rompues par ce second mécanisme de dépolymérisation à la même vitesse.
Outre le taux d'accessibilité n°, les deux équations mathématiques [A] et [A'] font intervenir deux constantes de vitesse de dépolymérisation, respectivement kl pour le premier mécanisme et k2 pour le second. Il résulte des travaux des demandeurs que ces deux constantes sont diversement influencées par les paramètres liés au traitement et à l'installation. Plus précisément, la valeur de chacun de ces deux constantes kl et k2 augmente avec la puissance d'alimentation P et la fréquence f des ultrasons et avec le diamètre φ de la sonde et, au contraire, décroît avec ia concentration cp de la solution en biopolymère et avec le diamètre Φ du réacteur. Il semble que l'influence de ces paramètres à l'occasion du second mécanisme de dépolymérisation soit sensiblement la même que celle qui intervient pour le premier mécanisme. Par contre, l'influence de la fréquence f sur la valeur de la constante k2 du second mécanisme est beaucoup plus importante que celle constatée pour la constante kl du premier mécanisme.
C'est l'influence relative des différents paramètres les uns par rapport aux autres qui transparaît à travers la valeur des exposants αl, βl, γl, δl, εl pour !e calcul de la constante kl du premier mécanisme dans les équations [B] et [Bl] et des exposants α2, β2, γ2, δ2, ε2 pour le calcul de la constante k2 du second mécanisme dans l'équation [B'2].
L'existence de ces deux mécanismes ressort très clairement de Ia figure 2 qui montre des graphiques représentant en ordonnée le degré moyen en masse de polymérisation DPw et en abscisse l'indice de polydispersité Ip pour des chitosanes dépolymérisés par voie ultrasoπique dans cinq traitements A,B,C,D,E mettant en œuvre des premières valeurs pour les paramètres (Φ, cp, φ, P et f) autres que le temps t et le DPw, mentionnées dans le Tableau 1 ci-dessous. Tableau 1
Figure imgf000016_0001
La solution de biopolymère hydrosoluble de départ est une solution d'un chitosane provenant de la firme indienne Mahtani Chitosan Pvt. Ltd. Ce chitosane a été obtenu par N-désacétylation chimique d'une chitine extraite de plumes de calmar. Ce polymère a été soumis à une première étape de purification consistant à dissoudre le chitosane à 0,5% dans une quantité stoechiométrique d'acide acétique aqueux. La solution a été filtrée successivement sur quatre membranes de porosité 3 μm, 1,2 μm, 0,8 μm et 0,45 μm. Le polymère a été précipité avec de l'ammoniaque. Après des lavages répétés, avec de l'eau désionisée, le précipité a finalement été lyophilisé. Le degré d'acétylation DA du chitosane était de 1,5%, son degré moyen en masse de polymérisation DPw de 2850 et son indice de polydispersité Ip de 1,6. Le chitosane initial a été redispersé dans une solution aqueuse d'acide acétique avec une protonation stoechiométrique des sites aminé.
Les traitements de dépolymérisation par voie ultrasoπique ont été réalisés avec deux générateurs d'uitrasons. Le premier dénommé Sonics Vibra CeII, provenant de la société Fisher Scientific Bioblock, a une fréquence de 20 kHz, une puissance maximale de 750 W et peut être équipé de deux sondes, l'une ayant un diamètre de 3 mm et l'autre de 25 mm. Le second générateur d'ultrasons dénommé Lixea formulator type BA, provenant de la société Sinaptec, a une fréquence de 39 kHz, une puissance maximale de 100 W et une sonde ayant un diamètre de 25 mm. La hauteur H retenue pour le traitement de référence était de 1,7 cm et la distance D de 2,3 cm. La cinétique de la dépolymérisation par voie ultrasonique a été suivie en déterminant l'abaissement du DPw en fonction du temps. Les poids moléculaires et indices de polydispersité ont été calculés par « Size Exclusion Chromatography » (SEC) couplée en ligne avec un réfractomètre différentiel (Waters) et un détecteur multi-angles opérant à 632,8 nm (Wyatt Dawn DSP). Un tampon 0,15 M acétate d'ammonium/0,2 M acide acétique à pH 4,5 a été utilisé comme éluent avec un débit de 0,5 ml/min. Deux colonnes Protein Pack Glass 20OsW (Waters) et TSKgel G6000PW (Tosohaas) ont été utilisées. L'incrément d'indice de réfraction dn/dc a été évalué à 0,198 ml/g.
Sur la figure 2, les iignes LA,LB,LC,LD,LE en traits pleins ou en pointillés permettent de visualiser l'évolution des résultats obtenus pour les mesures effectuées sur la solution de chitosane tout au long des cinq traitements de dépolymérisation A à E. Le résultat de chaque mesure correspond à un point dont la représentation sur la figure 2 diffère seion le traitement, comme cela apparaît dans le cartouche de la figure 2. La durée totale des cinq traitements de dépolymérisation a été limitée à six heures. A l'examen de ia figure 2, pour tous les traitements A à E, on peut observer le premier mécanisme de dépolymérisation qui se traduit par un abaissement de l'indice de polydispersité Ip, par rapport à la valeur de 1,6 de cet indice Ip pour le chitosane de départ, et à l'abaissement du DPw, par rapport à la valeur de 2850 du DPw(O) du chitosane de départ, jusqu'à une valeur limite qui dépend de la valeur du taux d'accessibilité n°. Pour les traitements A et B, seul ce premier mécanisme est observé. Ce premier mécanisme pourrait s'expliquer par le fait que l'action des ultrasons se porterait sur certaines zones fragilisées des chaînes de polymères correspondant à des DP spécifiques. Dans les conditions des traitements A et B, il a été possible d'obtenir des chitosanes de DPw compris entre 150 et 500 et ayant un indice de polydispersité Ip de l'ordre de ou inférieur à 1,1.
Partiellement, pour l'essai C et surtout pour les essais D et E, on peut observer le second mécanisme qui se traduit par un abaissement encore plus conséquent du DPw et une augmentation corrélative de l'indice de polydispersité Ip jusqu'à atteindre des valeurs de cet indice Ip supérieures à celles du chitosane initial. Ce second mécanisme, cinétiquement moins rapide que le premier en début de réaction, résulterait de la scission des liaisons reliant les unités monomères à l'intérieur des chaînes polymères, en particulier des liaisons glycosidiques s'agissant du chitosane comme biopolymère, toutes ces liaisons étant équivalentes en énergie. L'effet des ultrasons sur le biopolymère dépend fortement des conditions expérimentales. Ainsi, en utilisant une sonde de petit diamètre (traitements A et B), le premier mécanisme est prédominant tout le long de la durée du traitement, ce qui permet d'obtenir des chitosanes de relativement faible DPw, compris entre 100 et 500, et de très basse polydispersité, l'indice Ip étant de l'ordre de 1,1 voire même compris entre 1 et 1,1. Avec une sonde de plus grand diamètre (essais C, D et E), les deux mécanismes sont observés mais si de plus on utilise une sonde travaillant sous une fréquence de 39 kHz (traitement E), la dépolymérisation est très rapide, conduisant dans le même temps de traitement de six heures, à une collection de polymères de DPw faible de l'ordre de 50 voire d'oligomères de DP compris entre 2 et 12, pour lesquels l'indice de polydispersité Ip de leur mélange est nettement plus élevé, de l'ordre 1,8 à 2.
Même s'il apparaît sur la figure 2 pour les traitements C et D dans lesquels la fréquence des ultrasons est de 20 kHz, le second mécanisme a été considéré comme négligeable au regard de l'importance prise par celui-ci lorsque la fréquence f et supérieure à 20 kHz, dans le cas de la dépoiymérisation d'une solution de chitosane.
Le pilotage du traitement de dépolymérisation d'un biopolymère a pour but de donner à l'utilisateur les moyens d'optimiser son traitement, selon le premier ou les deux mécanismes décrits ci-dessus en adaptant autant que de besoin les paramètres influençant les résultats du traitement. Ce pilotage est rendu possible selon la présente invention grâce au calcul qui a été fait par les demandeurs, à partir des résultats de leurs travaux, des exposants αl, βl, γl, δl, εl entrant dans le calcul de la constante kl du premier mécanisme par les équations [B] et [Bl] et des exposants α2, β2, γ2, δ2, ε2 entrant dans le calcul de la constante k2 du second mécanisme par l'équation [B'2], exposants qui, dans lesdites équations, concrétisent l'influence relative des variations des paramètres autres que le temps t et le DPw sur le déroulement d'un traitement subséquent par rapport à celui constaté lors d'un traitement de référence. Pour réaliser ce pilotage, l'installation 1 comprend également un dispositif de pilotage 7 du générateur 4 d'ultrasons. Ce dispositif 7 comprend des premiers 8 et seconds 9 moyens d'entrée et de stockage de données et des moyens de calcul 10. Les données destinées à être entrées dans les premiers moyens 8 d'entrée de stockage correspondent aux valeurs, dénommées premières valeurs, qui sont relatives aux paramètres que sont la durée du traitement t, Ie degré de polymérisation moyen en masse du biopolymère de départ DPw(O), et le degré de polymérisation moyen en masse que l'on cherche à obtenir DPw, le diamètre du réacteur Φ, la puissance P d'alimentation de la sonde, la fréquence f des ultrasons, le diamètre φ de la sonde et la concentration cp en biopolymère de la solution. L'ensemble de ces premières valeurs correspond à un traitement déterminé pour lequel les paramètres relatifs à la géométrie verticale du réacteur, à savoir la hauteur H et la distance D, sont prédéterminés.
Les données destinées à être entrées dans les seconds moyens 9 d'entrée et de stockage correspondent aux valeurs, dénommées secondes valeurs, d'une part du taux d'accessibilité n°, et d'autre part, soit de la constante de vitesse de dépolymérisation klref, soit des deux constantes de vitesse de dépolymérisation klref et k2rGf selon que l'installation est destinée à un traitement s'appuyant sur uniquement le premier mécanisme ou les deux mécanismes précités. Les valeurs de klref et k2ref ont été calculées dans le cadre d'un traitement de référence comme indiqué ci-dessous.
Les moyens de calcul 10 ont pour fonction de calculer soit la constante de vitesse kl, soit les constantes de vitesse kl et k2 pour un traitement subséquent, ce traitement étant réalisé avec le même biopolymère, et en maintenant constantes la hauteur H et la distance D. Ce calcul est réalisé à partir soit de l'équation [B], soit à partir des équations [B'1] et [B'2] mentionnées précédemment, en appliquant les valeurs des exposants également mentionnés précédemment, et à partir des premières valeurs entrées dans les premiers moyens 8 d'entrée et de stockage pour chaque paramètre pour le traitement subséquent déterminé. Le dispositif de pilotage 7 est programmé, grâce à un logiciel adéquat, en sorte de commander le fonctionnement du générateur 4 d'ultrasons pour ledit traitement subséquent en appliquant soit l'équation [A], soit l'équation [A'], avec la seconde valeur entrée pour le taux d'accessibilité n° du traitement de référence et avec la seconde valeur soit de kl soit les secondes valeurs de kl et de k2, résultant du calcul effectué par les moyens de calcul 10 pour ledit traitement subséquent. Comme indiqué ci-dessus, il faut tout d'abord procéder à un traitement de référence, pour un biopolymère donné et des conditions bien définies de traitement, soit de la constante klref , soit des constantes klref et k2ref.
Lors de ce traitement de référence, la cinétique de la dépolymérisation par voie ultrasonique est suivie en déterminant l'abaissement du DPw en fonction du temps comme expliqué ci-dessus. Toutes les mesures réalisées successivement pendant la durée du traitement permettent de suivre l'évolution du DPw pendant le traitement de référence ; cette évolution est matérialisée par une succession de points sur un graphique ayant les DPw en ordonnée et le temps t en abscisse. Il est également possible de porter le résultat de ces mesures sous la forme d'un graphique ayant en ordonnée l'inverse du DPw, plus précisément l/DPw(t) - 1/DPw(O) et le temps t en abscisse. Le tracé de la courbe passant au plus près des points expérimentaux sur ce dernier graphique permet de calculer les valeurs de n° et de kl pour l'équation [A] et les valeurs de n° et de kl et k2 pour l'équation [A']. Un exemple de graphiques pour un tel traitement de référence est illustré aux figures 3 et 4. Ce traitement de référence correspond au traitement C mentionné ci- dessus. La courbe en traits pleins de la figure 4 correspond à une courbe répondant à l'équation [A] avec n° égal à 0,01 et kl égal à 0,3 h"1.
Dans ce cas, il s'agit d'un traitement de référence s'appuyant uniquement sur le premier mécanisme.
Un pilotage sur la base du seul premier mécanisme s'avère particulièrement intéressant lorsqu'il s'agit d'optimiser un traitement destiné à dépolymériser le biopolymère de manière limitée, ne conduisant pas jusqu'aux oligomères, par exemple s'agissant du chitosane pour atteindre des DPw de l'ordre de 100 à 150. Dans Ie traitement de référence ci-dessus, un tel DPw a été atteint à l'issue du traitement d'une durée de trois heures.
Le graphique de ia figure 5 correspond au traitement E pour lequel il a été montré l'importance du second mécanisme. Pour le calcul de n° et de klref et de k2ref, il convient de tracer la courbe L'E en trait plein sur la figure 5, qui est la plus proche des points matérialisant les résultats des mesures et de décomposer cette courbe L'E en deux courbes LΕi et L'E2 du type respectivement n°i(l"e"kit) et nQ 2(l-e"k 2 t) dans laquelle n°2 est égal à 1, pour ensuite déterminer les valeurs de n° (qui correspond à n°i) et de kl et k2, Dans le cas du traitement E, on a obtenu π° égal à 0,01, kl égal à 0,72 h"1 et k2 égal à l,6xlθ"3 h"1. La valeur de k2 étant très faible, on comprend pourquoi la courbe L'E2 s'apparente à une droite.
Le pilotage basé sur les deux mécanismes présente particulièrement de l'intérêt lorsqu'il s'agit d'optimiser les conditions de traitement pour obtenir un abaissement important du DPw, notamment lorsqu'il s'agit d'obtenir des oligomères, en particulier des chito-oiigosaccharides de DPw compris entre 2 et 12.
Les demandeurs ont caractérisé les chito-oligosaccharides obtenus par un traitement de dépolymérisation par voie ultrasonique d'un échantillon de chitosane totalement désacétylé, lis ont pu constater qu'il n'y avait pas eu d'altérations de la structure chimique lors de la dépolymérisation par ultrasons. Ils ont eu une distribution du DPw entre 2 et 11.
La technique de pilotage selon le procédé de la présente invention nécessite de maintenir constants, pour les traitements subséquents sur le même réacteur et avec le même biopolymère, les paramètres relatifs à la géométrie verticale du réacteur à savoir Ia hauteur H et la distance D, par rapport au traitement de référence qui a permis de calculer n° et klraf et/ou k2ref. En cas de changement de biopolymère, de hauteur H et/ou de distance D, il convient de procéder à un autre traitement de référence, pour calculer de nouveau n° et klref et/ou k2ref. Les valeurs des autres paramètres correspondant aux premières valeurs à entrer dans les premiers moyens 8 d'entrée et de stockage de données peuvent être modifiés et servent de base à l'optimisation du traitement subséquent en fonction de l'objectif visé. Par exemple, s'il s'agit d'obtenir un chitosane ayant un DPw donné, par exemple de l'ordre de 150, le dispositif de pilotage permettra d'arrêter le traitement lorsque le temps écoulé sera égal à la valeur t obtenue en appliquant l'équation [A] ou [A'] avec DPw égal à 150. I! en est de même lorsqu'il s'agit d'obtenir des oligomères, de DPw beaucoup plus faible. Dans cet exemple, le pilotage permet d'optimiser le temps de traitement t en fonction du DPw que l'on veut obtenir, toutes les premières valeurs pour les autres paramètres étant déterminées. II est également possible de fixer le temps de traitement t et le DPw à obtenir et d'optimiser le traitement en faisant varier au moins l'un des autres paramètres, ce qui revient à faire varier les valeurs de kl et ou k2 dans l'équation [A] ou [A']. De préférence, la programmation du dispositif de pilotage 7 est prévue pour afficher préalablement quelle serait l'incidence de ia variation des premières valeurs desdits autres paramètres sur le temps de traitement et/ou le DPw obtenu. Ceci permet à l'utilisateur de modifier en connaissance de cause la concentration de la solution de biopolymère ou le diamètre de la sonde ou la puissance d'alimentation de la sonde ou le diamètre du réacteur ou encore la fréquence des ultrasons, avant de lancer le traitement subséquent.

Claims

REVENDICATIONS
L Procédé pour le pilotage d'un traitement de dépolymérisation d'un biopolymère hydrosoluble dans lequel on soumet un volume donné d'une solution de ce biopolymère ayant un degré moyen de polymérisation en masse DPw donné DPw(O), contenu dans un réacteur, à l'action d'ultrasons produits par une sonde à ultrasons pénétrant dans la solution sur une hauteur H donnée et dont l'extrémité est à une distance D donnée de la base du réacteur caractérisé en ce que, la fréquence (f) des ultrasons étant égale ou inférieure à un seuil fs donné, il consiste :
- à réaliser un traitement de référence dans des conditions bien définies, en effectuant des prélèvements périodiques de la solution sur lesquels est mesuré le DPw(t),
- à calculer, à partir des données obtenues, la valeur du taux d'accessibilité n°, qui dépend de la nature du biopolymère et des paramètres H et D, et la valeur de la constante de vitesse de dépolymérisation klref dans l'équation [A] ci-dessous :
Figure imgf000023_0001
- et à piloter les traitements subséquents, sur le même biopolymère, et en maintenant constants les paramètres H et D et en faisant varier au moins un paramètre parmi les paramètres suivants : la durée du traitement (t), le DPw à obtenir, le diamètre du réacteur (Φ), la puissance (P) d'alimentation de la sonde, la fréquence (f) des ultrasons, le diamètre (φ) de la sonde et/ou la concentration (cp) en biopolymère de la solution et en appliquant l'équation [A] avec la valeur de n° précitée et avec la valeur de kl calculée à partir de l'équation [B] ci-dessous :
Figure imgf000023_0002
dans laquelle αl = -2,1 ± 0,1 βl = 1,4 ± 0,2 γl = 2,9 ± 0,2 δl = 1,0 ± 0,1 εl = - 0,7 ±0,1
2.Procédé pour le pilotage d'un traitement de dépolymérisation d'un biopolymère hydrosoluble dans lequel on soumet un volume donné d'une solution de ce biopolymère ayant un degré moyen de polymérisation en masse DPw donné DPw(O), contenu dans un réacteur, à l'action d'ultrasons produits par une sonde à ultrasons pénétrant dans la solution sur une hauteur H donnée et dont l'extrémité est à une distance D donnée de la base du réacteur caractérisé en ce que, la fréquence des ultrasons (f) étant supérieure à un seuil fs donné , il consiste : - à réaliser un traitement de référence dans des conditions bien définies, en effectuant des prélèvements périodiques de la solution sur lesquels est mesuré le DPw(t),
- à calculer, à partir des données obtenues, les valeurs du taux d'accessibilité n°, qui dépend de la nature du biopolymère et des paramètres H et D, et les valeurs des constantes klref et k2ref de vitesse de dépolymérisation dans l'équation [A'] ci-dessous :
[A'] — 1 l— = n* U - e-^< ) + [i - e-^>> )
DPn (O DPM y f ι >
- et à piloter les traitements subséquents, sur le même biopolymère, et en maintenant constants les paramètres H et D et en faisant varier au moins un paramètre parmi ies paramètres suivants : la durée du traitement (t), le DPw à obtenir, le diamètre du réacteur (Φ), la puissance (P) d'alimentation de la sonde, îa fréquence (f) des ultrasons, le diamètre (φ) de la sonde et/ou la concentration (cp) en biopolymère de la solution et en appliquant l'équation [A'] avec la valeur de n° précitée et avec des valeurs de kl et k2 calculées à partir des équations [B'1] et [B'2] ci-dessous :
Figure imgf000025_0001
Figure imgf000025_0002
dans lesquelles αl = α2 = -2,1 ± 0,1 βl = β2 = 1,4 ± 0,2 γl = 2,9 ± 0,2 γ2 = 5 ± 1 δl = 52 = 1,0 ± 0,1 εl = ε2 = - 0,7 ±0,1
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le biopoîymère hydrosoiuble est choisi parmi les polysaccharides et leurs dérivés hydrosolubles, notamment les chitosanes dont le degré d'acétylation (DA) est inférieur ou égal à 70 %, les carboxymethylcelluloses, les hyaluronanes, les dextranes , les alginates, les pectines, les pullulanes, l'amylopectine, les dextrines, les xanthanes, la gomme guar, les carraghénanes, les gelanes.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le biopolymère hydrosoiuble est une protéine, notamment un collagène hydrosoiuble.
5-Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le biopolymère hydrosoiuble est un polynucléotide, ADN ou ARN.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que, le biopolymère étant du chitosane, le seuil fs est de l'ordre de 20 kHz,
7. Procédé selon l'une des revendication 1 à 3 caractérisé en ce que, le biopolymère étant du chitosane, la distance D et la hauteur H sont déterminés en sorte que 0,005 < n°< 0,01.
8. Procédé selon les revendications 1 et 7 caractérisé en ce que, n° étant égal à 0,01, la valeur de kl est de 0,3 h"1 pour un traitement de référence mettant en œuvre une solution de chitosane, en milieu acide acétique, à pH 5 dans les conditions suivantes : - puissance P = 285 W
- diamètre φ de la sonde = 25 mm
- concentration cp de la solution en chitosane = 0,25% (w/w)
- fréquence f = 20 kHz
- diamètre Φ = 5,5 cm.
9. Procédé selon les revendication 1 et 7 caractérisé en ce que, n° étant égal à 0,005, la valeur de kl est de 0,4 h"1 pour un traitement de référence mettant en œuvre une solution de chitosane, en milieu tampon acide acétique/acétate d'ammonium, à pH 4.7 dans les conditions suivantes : - puissance P = 285 W
- diamètre φ de la sonde = 3 mm
- concentration cp de !a solution en chitosane = 0,5% (w/w)
- fréquence f = 20 kHz
- diamètre Φ du réacteur = 3,5 cm.
10. Procédé selon la revendication 1 et l'une des revendications 6 à 9 caractérisé en ce que, le chitosane de la solution de départ ayant un DPw de l'ordre de 2.850 et un indice de polydispersité Ip de l'ordre de 1,6, les conditions du traitement sont choisies pour obtenir un chitosane de DPw compris entre 200 et 500 avec un indice de poiydispersité Ip compris entre 1 et 1,2, de préférence inférieur ou égal à 1,1.
11. Procédé selon les revendications 2 et 7 caractérisé en ce que, n° étant égal à 0,01, les valeurs de kl et de k2 sont respectivement de 0,72 h"1 et de l,6xlθ"3 h"1 pour un traitement de référence mettant en œuvre une solution de chitosane, en milieu acide acétique, en condition stoéchiométrique par rapport aux fonctions aminé, à pH 5 dans les conditions suivantes :
- puissance P = 100 W
- diamètre φ de la sonde = 25 mm
- concentration cp de la solution en chitosane = 0,25% (w/w) - fréquence f = 39 kHz
- diamètre Φ = 5,5 cm.
12. Procédé selon les revendications 2 et 3 caractérisé en ce que, le chitosane de la solution de départ ayant un DPw de l'ordre de 2.850, les conditions du traitement sont choisies pour obtenir des chito-oligosaccharides de DPw inférieur à 50, de préférence compris entre 2 et 12.
13.SoIution, obtenue par le procédé selon les revendications 2 et 3, de chito- oligosaccharides de DPw inférieur à 50 et d'indice de polydispersité de l'ordre de ou supérieur à 1,6.
14. Solution selon la revendication 13 de chito-oligosaccharides de DPw compris entre 2 et 12 et d'indice de polydispersité global de l'ordre de ou supérieur à 1,8.
15. Solution obtenue par le procédé selon les revendications 1 et 3 de chitosane de DPw compris entre 100 et 500 et d'indice de polydispersité de l'ordre de ou inférieur à 1,1.
16. Installation (1) pour la mise en œuvre du procédé pour le pilotage d'un traitement de dépolymérisatioπ d'un biopolymère, selon l'une des revendications 1, 3 à 10, comprenant : a. un réacteur (2), destiné à contenir un volume donné d'une solution (3) de biopolymère ayant un degré moyen de polymérisation
DPw(O), et b.un générateur (4) d'ultrasons comprenant une sonde (5), destinée à pénétrer dans la solution (3) sur une hauteur (H) donnée et ayant une fréquence (f) de l'ordre de ou inférieure à un seuil fs donné, et des moyens (6) d'alimentation et de contrôle de ladite sonde caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif (7) de pilotage du générateur d'ultrasons qui comprend : c. des premiers moyens (8) d'entrée et de stockage de premières valeurs relatives à au moins certains paramètres parmi lesquels la durée du traitement (t), le degré moyen de polymérisation de départ DPw(O) et à obtenir DPw, le diamètre du réacteur (Φ), la puissance (P) d'alimentation de la sonde, la fréquence (f) des ultrasons, le diamètre (φ) de la sonde et la concentration (cp) en biopolymère de la solution, pour un traitement donné, d.des seconds moyens (9) d'entrée et de stockage de secondes valeurs du taux d'accessibilité n° et de ia constante de vitesse klref de l'équation [A] ci-dessous
Figure imgf000028_0001
calculées à partir des premières valeurs pour un traitement de référence e.et des moyens de calcul (10) de la constante de vitesse kl, pour un traitement subséquent à réaliser, avec le même biopolymère et en maintenant constants la hauteur H et la distance D, à partir des premières valeurs correspondant audit traitement subséquent et entrées dans les premiers moyens (8) d'entrée et de stockage, ledit calcul étant réalisé à partir de l'équation [B] ci-dessous :
Figure imgf000029_0001
dans laquelle αl = -2,1 ± 0,1 βl = 1,4 ± 0,2 γl = 2,9 ± 0,2 δl = 1,0 ± 0,1 εl = - 0,7 ±0,1 et en ce que ledit dispositif (7) de pilotage est programmée en sorte de commander le fonctionnement du générateur (4) d'ultrasons pour ledit traitement subséquent en appliquant l'équation [A] avec la seconde valeur de n° du traitement de référence et la seconde valeur de kl calculée pour ledit traitement subséquent par les moyens de calcul.
17. Installation pour la mise en œuvre du procédé pour le pilotage d'un traitement de dépolymérisation d'un biopoiymère, selon l'une des revendications 2, 3 à 5, 8 et 9, comprenant : a. un réacteur, destiné à contenir un volume donné d'une solution de biopolymère ayant un degré moyen de polymérisation DPw(O) , et b.un générateur d'ultrasons, comprenant une sonde, destinée à pénétrer dans la solution sur une hauteur (H) donnée et ayant une fréquence supérieure à un seuil fs donné, et des moyens d'alimentation et de contrôle de ladite sonde caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif automatique de pilotage du générateur d'ultrasons qui comprend : c.des premiers moyens d'entrée et de stockage de premières valeurs relatives à au moins certains paramètres parmi lesquels la durée du traitement (t), le degré moyen de polymérisation de départ DPw(O) et à obtenir DPw, le diamètre du réacteur (Φ), la puissance (P) d'alimentation de la sonde, la fréquence (f) des ultrasons, le diamètre (φ) de la sonde et/ou la concentration (cp) en biopolymère de la solution, pour un traitement donné, d.des seconds moyens d'entrée et de stockage de secondes valeurs du taux d'accessibilité n° et des constantes de vitesse de dépolymérisation Klref et k2rΘf de l'équation [A'] ci-dessous
calculées à partir des premières valeurs pour un traitement de référence, e.et des moyens de calcul des constantes de vitesse kl et k2, pour un traitement subséquent à réaliser, avec le même biopolymère et en maintenant constants la hauteur H et la distance D, à partir des premières valeurs correspondant audit traitement subséquent et entrées dans les premiers moyens d'entrée et de stockage, ledit calcul étant réalisé à partir des équations [B'1] et [B'2] ci-dessous :
Figure imgf000030_0001
Figure imgf000030_0002
\ C *pprf
Figure imgf000030_0003
dans lesquelles αl = α2 = -2,1 ± 0,1 βl = β2 = 1,4 ± 0,2 γl = 2,9 ± 0,2 γ2 = 5 ± 1 δl = 52 = 1,0 ± 0,1 εl = ε2 = - 0.7 ±0.1 et en ce que ledit dispositif de pilotage est programmé en sorte de commander le fonctionnement du générateur d'ultrasons pour ledit traitement subséquent en appliquant l'équation [A'] avec la seconde valeur de n° du traitement de référence et avec les secondes valeurs de kl et k2 calculées pour le traitement subséquent par les moyens de calcul.
18. Installation selon l'une des revendications 16 ou 17 caractérisée en ce que le seuil de fréquence fs est de l'ordre de 20 kHz.
PCT/FR2009/052148 2008-11-12 2009-11-09 Procede pour le pilotage d'un traitement de depolymerisation par ultrasons d'un biopolymere hydrosoluble WO2010055250A1 (fr)

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