WO2017037372A1 - Procede et dispositif de traitement en continu d'un melange - Google Patents

Procede et dispositif de traitement en continu d'un melange Download PDF

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WO2017037372A1
WO2017037372A1 PCT/FR2016/052135 FR2016052135W WO2017037372A1 WO 2017037372 A1 WO2017037372 A1 WO 2017037372A1 FR 2016052135 W FR2016052135 W FR 2016052135W WO 2017037372 A1 WO2017037372 A1 WO 2017037372A1
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WO
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transducers
mixture
tube
phase
wall
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PCT/FR2016/052135
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English (en)
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Guillaume Gillet
Justine GATEAUX
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Genialis
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Publication date
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying
    • B01F23/41—Emulsifying
    • B01F23/411—Emulsifying using electrical or magnetic fields, heat or vibrations
    • B01F23/4111—Emulsifying using electrical or magnetic fields, heat or vibrations using vibrations
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    • B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying
    • B01F23/41—Emulsifying
    • B01F23/414—Emulsifying characterised by the internal structure of the emulsion
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01F31/84—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations for material continuously moving through a tube, e.g. by deforming the tube
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    • B01F33/811—Combinations of similar mixers, e.g. with rotary stirring devices in two or more receptacles in two or more consecutive, i.e. successive, mixing receptacles or being consecutively arranged
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    • B01F2215/0436—Operational information
    • B01F2215/0454—Numerical frequency values

Definitions

  • the invention relates to a method for continuously treating a mixture and a device for such treatment.
  • the invention relates to a method for treating a mixture with high frequency piezoelectric vibration.
  • Stable emulsion preparation methods comprising a lipid phase in an aqueous phase are already known using piezoelectric transducers.
  • patent FR 2 947 186 describes a process for preparing an oil-in-water emulsion produced in a container in which a piezoelectric transducer operating at high frequencies, in particular greater than 900 kHz, is immersed.
  • This method of preparation has many advantages, in particular the absence of use of surfactant or emulsifier, the absence of degradation of the sensitive compounds of the mixture during the process, as well as a low energy consumption of the process to prepare the product. 'emulsion.
  • the invention thus aims to solve this drawback.
  • the invention relates to a method of treating a mixture comprising at least a first phase and a second phase immiscible with each other, the process comprising the steps of:
  • the treatment method according to the invention makes it possible to treat the mixture continuously, while allowing incorporation of a dispersed phase, aqueous or lipidic, important, in a controlled manner and without degradation of materials. In addition, a dispersion is obtained, in particular rapid emulsification of the mixture.
  • the dispersion of 20% by mass of oil in water requires sixteen hours to obtain a final volume of 500 ml with an already known emulsion preparation process such as that described in patent FR 2 947 186 With the process according to the invention, a continuous flow rate of treated mixture of 750 ml / min can be obtained as will be described hereinafter in more detail.
  • At least one stage is such that it is devoid of two transducers arranged facing each other and parallel to each other; in other words, on one stage or even several stages, the configuration is avoided where two transducers would be arranged vis-à-vis respectively on two parallel walls flanking the product to be treated; thanks to this arrangement, the formation of stationary waves (face-to-face transducers) which would be counter-productive for the desired result is avoided;
  • vibratory energy is adapted to form an emulsion and / or liposomes and / or elements of vectorization of active principle
  • the mixture does not contain added emulsifier
  • the mixture once treated is stable for at least two weeks, or at least two years at room temperature;
  • the first phase is an aqueous phase while the second phase is a lipid phase, or conversely;
  • the cross section of the wall of the tube is polygonal, the polygonal section comprising an odd number of sides;
  • the wall defines an interior space in which the mixture is circulated, the transducers being disposed on the wall outside the interior space;
  • the transducers are arranged in a number of discrete positions each corresponding to a cross-sectional plane to the wall of the tube;
  • the transducers are adapted to operate at different frequencies, the transducers being arranged in an order of increasing frequency on the tube; and the mixture circulates repeatedly in the tube until the first phase has a micrometric or nanometric, preferably monodisperse, particle size distribution,
  • the number of transducers at each stage is greater than or equal to the number of transducers of the preceding stage.
  • the invention also relates to a device for treating a mixture comprising at least a first phase and a second immiscible phase with each other, the device comprising a tube comprising a wall and extending between a portion of an input and an output portion, transducers operating at a frequency greater than 900 kHz being disposed on the wall of the tube and being adapted to apply vibratory energy to the mixture.
  • the cross section of the wall of the tube is polygonal, the polygonal section comprising an odd number of sides p.
  • Figure 1 is a schematic view of the device for implementing the method of treating a mixture according to the invention
  • Figure 1A shows a sectional view of the wall of the tube of Figure 1 according to sectional plane IA;
  • Figure 2 is a schematic view of another embodiment of the device for implementing the method of treating a mixture according to the invention.
  • Figure 3 shows the particle size distribution of the water droplets in a water (5%) emulsion in shea butter (95%) after six hours of treatment by the method according to the invention
  • Figure 4 shows the particle size distribution of the water droplets in a water emulsion (5%) in Anhydrous Milk Fatty Material (MGLA; 95%) after six hours of treatment by the method according to the invention
  • FIG. 5 represents the particle size distribution of the water droplets in a water (5%) emulsion in oregano essential oil (95%) after four hours of treatment by the process according to the invention
  • Figure 6 shows the particle size distribution of the water droplets in a water (5%) emulsion in olive oil (95%) after five hours of treatment by the method according to the invention
  • Figure 7 shows the particle size distribution of the water droplets in a water (5%) emulsion in olive oil (95%) after six hours of treatment by the method according to the invention
  • FIG. 8 represents the particle size distribution of the water droplets in a water (5%) emulsion in olive oil (95%) after five hours of treatment by the process according to the invention after storage at ambient temperature for a period of two years ;
  • FIGS 9A to 9D show different embodiments of the tube of the device according to the invention.
  • FIGS. 10A to 10M show different configurations of transducers on the tube of the device according to the invention.
  • FIGS. 11A and 11B respectively represent the particle size distribution of a mixture comprising liposomes after four hours of treatment by the process according to the invention and a halos of light view of nanoliposomes obtained by dynamic light scattering with a magnification of 10000.
  • FIG. 1 represents an embodiment of a device 1 configured to implement the process for treating a mixture 2 according to the invention.
  • the mixture 2 comprises at least a first phase 2a and a second phase 2b.
  • the first phase 2a and the second phase 2b are in particular fluid products, in particular liquid or in the form of powder.
  • the first phase 2a and the second phase 2b are immiscible with each other. By immiscible, it is therefore understood that the first phase 2a and the second phase 2b can not be mixed, especially at room temperature (about twenty degrees Celsius) to obtain a completely homogeneous mixture.
  • the percentages of first phase 2a or second phase 2b in the exemplary embodiments described below are percentages by weight.
  • the first phase 2a may be an aqueous phase, while the second phase 2b is a lipid phase, or vice versa.
  • lipid phase refers to all oily substances, liquid at the process temperature, natural, plant or animal, or synthetic having or not one or more biological activities proven, and insoluble in the water (less than 2% by weight at room temperature).
  • vegetable oils oil (olive, sunflower, rapeseed, peanut, vegetable oil mixtures, etc.), animal oils (fish, etc.).
  • butters Mention may also be made, as an example of a lipid phase, especially for dermatology and cosmetics, avocado oils, argan oils and other vegetable oils, essential oils and mineral oils.
  • aqueous (or hydrophilic) phase refers to any phase containing water and / or alcohol.
  • water softened or not distilled or not, mineral or not, spring water, ultra-pure water, floral waters, fruit water.
  • the mixture 2 can comprise one or more additives.
  • An additive may be added to one of the first or second phases 2a, 2b, depending on whether it is fat-soluble or water-soluble. If necessary, it may first solubilize such an additive in a solvent.
  • a biomolecule of interest can be added in the aqueous phase (peptides, vitamins, flavonoids, etc.) or in the lipid phase (triacylglycerols, fatty acids, flavors, etc.). ).
  • the composition of the mixture 2 typically depends on the intended end use of the mixture 2 once treated by the process.
  • the mixture 2 does not comprise an emulsifier or a compound adapted to facilitate the dispersion of the first phase 2a in the second phase 2b during the treatment of the mixture 2.
  • the mixture 2 does not comprise an emulsifier, surfactant, stabilizer, or any other additive of any kind adapted to prevent or slow the separation of the dispersion of the first phase 2a and the second phase 2b of the mixture 2.
  • the mixture 2 may comprise an emulsifier such as phospholipids.
  • the device 1 comprises at least one tube 3.
  • tube 3 comprises a conduit not necessarily cylindrical, but may have other shapes as will be described below.
  • the tube 3 comprises a wall 4 delimiting an interior space 5 in which the mixture 2 is intended to circulate continuously. By continuous, it should be understood that the treatment of the mixture 2 is carried out when the mixture 2 circulates in the tube 3.
  • the wall 4 is thin, in practice 1 to 2 mm, for a useful section of the tube of several cm 2 , in practice for example between 2 cm 2 and 30 cm 2 , typically between 5 cm 2 and 15 cm 2 .
  • the wall 4 is thin and transmits the ultrasonic vibrations integrally; the wall 4 produces attenuation or amplification because its main eigenfrequencies are much lower than those of the forced excitation.
  • the tube 3 extends more particularly between an inlet portion 3a and an outlet portion 3b. This defines a flow direction Se of the mixture 2 in the tube 3 from the inlet portion 3a to the outlet portion 3b.
  • the tube 3 is rectilinear between the inlet portion 3a and the outlet portion 3b as shown in FIG. 1. This also defines a flow direction Of the mixture 2 in the tube 3.
  • the tube 3 can be placed vertically. Thus, the inlet portion 3a of the tube 3 is located downward while the outlet portion 3b is located upward (the terms “up” and “down” to be understood in their current sense).
  • this embodiment is not limiting and the tube 3 can also be arranged horizontally, for example as shown in Figures 1 and 2, or at any other inclination.
  • the tube 3 may further comprise at least one or more curved portions.
  • the tube 3 can then have the shape of a coil, a spiral or be corrugated, this in order to minimize the space occupied by the device 1.
  • the wall 4 of the tube 3 may be made of stainless steel, glass, plexiglass, plastics or other materials.
  • the tube 3 is made of stainless steel and / or a plastic material.
  • the wall 4 of the tube is thin with respect to the length of each side and / or the useful cross section of the treated product.
  • the material of the wall 4 of the tube 3 is neutral, or inert, vis-à-vis the mixture 2.
  • the material of the wall 4 of the tube 3 is not degraded in contact with the mixture 2.
  • a tube 3 made of polytetrafluoroethylene (PTFE) is not degraded in contact with essential oils.
  • the wall 4 of the tube 3 is advantageously of substantially polygonal section.
  • the wall 4 of the tube 3 may in particular have slightly rounded corners between its different faces as shown in Figure 1A.
  • the wall 4 of the tube 3 is of regular polygonal section (all its faces having the same dimension) over at least one length L.
  • the polygonal wall 4 of the tube 3 preferably comprises an odd number of faces.
  • FIGS. 9A to 9D show exemplary embodiments in perspective of the tube 3, the sections of the wall 4 of which are triangular, pentagonal, heptagonal and annular, respectively.
  • the device 1 also comprises transducer elements 6. These transducers 6 make it possible to apply a vibratory energy to the mixture 2 in a determined frequency range.
  • the transducers 6 chosen are more particularly of the piezoelectric type, in particular ceramic. Such transducers are adapted for stable operation in the chosen frequency range and their manufacturing technology is well controlled.
  • the transducers 6 may have various shapes, especially in the form of disc or more or less elongated and extended elements.
  • the transducers 6 are disposed on the wall 4 of the tube 3.
  • the transducers 6 are in particular fixed on the wall 4 of the tube 3, by glue, a seal or any other fastening element.
  • the transducers 6 can be placed on the wall 4 inside the tube 3, that is to say in the internal space 5 delimited by the tube 3.
  • the transducers 6 can be advantageously placed at the outside the tube 3 on the wall 4, that is to say outside the interior space 5 delimited by the tube 3.
  • the vibrations emitted by the transducers 6 then pass through the wall 4 of the tube 3 to reach the mixture 2
  • Such an arrangement makes it possible not to put the transducers 6 directly in contact with the mixture 2 and to keep the inner space 5 of the tube for example sterile, which may be necessary for cosmetic and pharmaceutical applications of the mixture 2. This also makes it easier to the cleaning of the tube 3 and limits the possible contaminations of the mixture 2 by a degradation of the elements fixing the transducers 6 to the wall 4.
  • each of the transducers 6 can be disposed in a cavity through 4. A seal then sealingly seals the cavity once the transducer disposed therein.
  • the transducers 6 are arranged against the wall 4 of the tube 3, the transducers 6 being for example in the form of discs, one of the faces of which is applied to the wall 4 of the tube 3.
  • the energy vibratory emitted by the transducers 6 has a component perpendicular to the wall 4 of the tube 3, and in particular perpendicular to the flow direction De of the mixture 2.
  • some or all of the transducers 6 may also be inclined relative to the wall 4 of the tube 3, so that the vibratory energy emitted has, in addition to its component perpendicular to the flow direction mixture 2, a component parallel to the flow direction De and oriented for example in the opposite direction to the flow direction Se.
  • This positioning of the transducers 6 can indeed make it possible to increase the efficiency of the process.
  • the transducers 6, in particular all the transducers 6, are adapted to operate in a frequency range, called high frequency, that is to say greater than or equal to 900 kHz, or even greater than 1000 kHz.
  • the transducers 6, in particular all the transducers 6, are adapted to operate in a frequency range between 900 kHz and 3 MHz, more preferably between 900 kHz and 2000 kHz, even more preferably between 1400 and 1800 kHz.
  • the application of a high-frequency vibratory energy by means of transducers 6 has the advantage of eliminating the cavitation phenomenon generally used for its shear intensity.
  • the conventionally used frequency ranges of between 20 and 200 kHz, and generally less than 80 kHz lead to the formation of cavitation bubbles in the mixture 2, in which the local temperature increases to several hundred hours. degrees Celsius and where the pressure increases sharply.
  • This cavitation shears the mixture 2 which allows rapid emulsification but causes the physicochemical and biochemical alteration of the mixture 2.
  • the use of high frequencies in accordance with the present invention does not cause such alterations and preserves the mixture 2, by making it possible to obtain stable dispersions.
  • the transducers 6 do not all operate at the same frequency.
  • the use of several different frequencies, while remaining in the high frequency range (this term should be understood as above), may allow more stable emulsions to be obtained whose quantity of dispersed phase is greater while reducing the necessary treatment time.
  • the transducers 6 may for example operate at three different frequencies F1, F2, F3, the transducers 6 being arranged in an increasing frequency order. In other words, the transducers 6 having the lowest frequency F1 are located near the input portion 3a of the tube 3.
  • the transducers 6, in particular the active transducers are arranged advantageously in a discrete manner on the preferably polygonal wall 4 of the tube 3 by "stage".
  • a stage is defined by a cross-sectional plane to the wall 4 of the tube 3.
  • a cross-sectional plane to the wall 4 of the tube 3 defining a stage passes in particular through the center of the transducers 6 of this stage. It can also be said that a stage is provided with transducers located in the plane transverse to the local circulation direction of the product to be treated.
  • nine stages of transducers 6 may be arranged on the tube 3.
  • all the transducers 6 shown in FIGS. 9A to 9D are not necessarily active, and some may be inactive as will be explained below.
  • two consecutive stages of transducers 6 are spaced apart by a distance of less than 30 centimeters, in particular of the order of 10 centimeters.
  • the stages of transducers 6, however, are not necessarily necessarily spaced by the same distance d.
  • the distance d is more particularly measured between the centers of two transducers 6 disposed on the same face of the tube 3 and respectively belonging to two consecutive stages.
  • the transducers 6 are arranged on the faces of the polygonal wall 4 of the tube 3. As will be described hereinafter, the arrangement of the transducers in different stages form a "pattern" or a succession of patterns capable of responding to construction rules determined to optimize the treatment of the mixture 2.
  • two transducers 6 of a stage are not arranged opposite each other.
  • two transducers 6 are not arranged facing each other directly parallel to each other. Indeed the interaction of the vibratory waves emitted by two transducers face to face is likely to cause the appearance of a stationary wave of the mixture 2 creating areas without treatment in the tube 3 during the process.
  • the device 1 also comprises a container 7 in fluid communication with the inlet portion 3a of the tube 3.
  • the container 7 is intended to contain the mixture 2 before its circulation in the tube 3.
  • the first phase 2a and the second phase 2b can initially be simply combined without prior mixing in the container 7.
  • the first phase 2a and the second phase 2b can also be premixed.
  • a mechanical or membrane mixing device 8 can be used in the container 7.
  • the premix can be produced by applying a vibratory energy to the mixture 2 using transducers, in particular low frequencies. .
  • This mixing device 8 allows rapid shearing of the first phase 2a in the second phase 2b, which makes it possible to shorten the treatment step of the subsequent mixture 2 without, for all that, alone making it possible to obtain a stable mixture 2.
  • a pump may also be used to introduce one of the phases gradually into the container 7 during this pre-mixing.
  • several pumps can also be used to introduce each phase 2a, 2b and optionally other additives, of the mixture 2 into the container 7.
  • a heating system 9 makes it possible to heat the mixture 2 (or one of the phases 2a, 2b) beforehand or during its treatment according to the method.
  • the mixture 2 can thus be heated, insofar as this does not cause degradation of the materials of the wall 4 of the tube 3 or the other elements of the device 1.
  • a cooling system 10 allows the mixture 2 to be cooled beforehand or during the treatment according to the method. This allows in particular to treat the mixture 2 cold, to easily limit the losses and / or degradation of the mixture 2 related to a too high temperature.
  • the heating systems 9 and / or cooling 10 allow in particular, for specific needs of implementation or fragility, to maintain the temperature of the phases 2a, 2b treated constant throughout the process.
  • a pH control system 1 or possibly several systems 1 1 distributed on the tube 3, to regulate the pH of the mixture 2 during its treatment.
  • treatment of the mixture is liable to result in acidification of the mixture Treaty 2, due to the specific organization of HO ions "induced by the method in the mixture 2.
  • a pH-stat coupled to a pump mounted soda on the tube 3 allow for example to regulate the pH of the mixture 2 to a determined value during the treatment.
  • the device may also comprise a pump 12, in particular peristaltic, adapted to allow the circulation of the mixture 2 in the tube 3.
  • the control of the flow rate of the pump 12 makes it possible to control the speed of the mixture 2 during the process and the necessary treatment time.
  • the circulation of the mixture is carried out by the effect of gravity, especially when the tube 3 is vertical or inclined in the device 1.
  • the treatment of the mixture 2 is carried out continuous manner by circulation of the mixture 2 in the tube 3 on the wall 4 of which are disposed the transducers 6.
  • the flow rate of the mixture 2 in the tube 3 is for example between 10 g / min and 2 kg / min, or even between 50 g / min and 900 g / min, in some particular cases of the order of 60 g / min.
  • a vibratory energy is then applied to the mixture 2 during its circulation in the tube 3.
  • the entire interior space 5 of the tube 3 is preferably occupied by the mixture 2.
  • the tube 3 does not include a free interior space, this in order to limit the exchanges between the mixture 2 and the air that would be contained in this free space and which could cause the dissolution of gas in the mixture 2 or losses of volatile compounds.
  • the mixture 2 can circulate continuously in a tube 3 which can comprise several wall portions 4 of polygonal section as shown in FIG. 2.
  • the tube 3 can thus have different configurations, and can in particular have a length adapted to the mixture 2 to treat.
  • the mixture 2 can also circulate several times in a tube 3 recurrently by a closed loop system, until the treatment of the desired mixture 2 is obtained.
  • the treatment times given in the exemplary embodiments described below relate to the duration during which the mixture 2 circulates in closed loop in the device 1.
  • the dimensions and shape of the tube may vary depending on the type of mixture 2 and the volume to be treated.
  • the tube 3 may have an equilateral triangular section over a length L equal to one hundred and twenty centimeters. Each side p of the section of the tube 3 is then equal to five centimeters and the transducers 6 have a disc shape of the order of about two centimeters in diameter.
  • the method thus makes it possible to treat the mixture 2 in order to obtain a dispersion of the first phase 2a in the second phase 2b.
  • a dispersion can be obtained by mixing 2 at the micrometer, submicron or nanometric scale of the first phase 2a in the second phase 2b in the form of droplets or particles.
  • the first phase 2a then constitutes the dispersed phase while the second phase 2b constitutes the continuous phase.
  • the treatment of the mixture 2 does not entail alteration or chemical modification of the first and second phases 2a, 2b.
  • the generic terms "direct dispersion” or “oil-in-water dispersion” denote a dispersed mixture in which a lipid phase is dispersed in an aqueous phase (also denoted as H / E).
  • the generic terms “reverse dispersion” or “water-in-oil dispersion” denote a dispersed mixture in which an aqueous phase is dispersed in a lipid phase (also denoted W / H).
  • Multiple or multiphase mixtures can also be obtained by several successive applications of the process according to the invention (also denoted H / E / H or E / H / E for example).
  • the mixture is recovered after obtaining the desired final particle size of the first phase 2a, or more simply when the maximum dispersion of the first phase 2a is reached.
  • the average particle size of the first phase 2a in the second phase 2b after treatment is less than 50 microns, more preferably less than 20 microns. Shorter processing times produce larger first phase particles 2a with a wide size distribution while longer processing times produce smaller first phase particles 2a with very narrow size distributions; thus the stability of the treated mixture 2 is greater.
  • the process is all the faster because it comprises a large number of transducer stages 6.
  • the process duration of the method also depends on the mass percentage of the first phase 2a with respect to the second phase 2b.
  • the method makes it possible to obtain an emulsion. It is thus possible to obtain a simple emulsion, direct or inverse, or a multiple emulsion.
  • the method can also provide a structured blend.
  • the method makes it possible to obtain monolayer structured mixtures, such as micelles or colloidosomes, in bilayer such as vesicles, single liposomes, membranes, or in multilayer, such as multilamellar liposomes.
  • Liposomes are in the form of lamellar capsules, the layers consist alternately of lipid phase and aqueous phase.
  • a lipid phase allowing such structuring can be chosen from glycerides, phospholipids, glycolipids, terpenoids, essential oils and / or polar lipids.
  • the structuring of the mixture 2 may also make it possible to obtain a vectorization of active principles or of molecules of interest, cosmetic and pharmaceutical, such as coenzyme Q10.
  • Liposomes allow, for example, nano-encapsulation of active agents in the dispersed phase in order to protect these active agents from any degradation during storage of the mixture. The principles thus vectorized are more effective and more bioavailable when released into living organisms. Liposomes are particularly suitable for use in the food industry as a controlled release system of active agents because they are easily achievable, adaptable, biocompatible and are generally considered safe (Generally Recognized As Safe - GRAS). United States Food and Drug Administration (FDA). Liposomes are also widely used in the cosmetics and health sectors for the stabilization and vectorization of active ingredients.
  • the method according to the invention also makes it possible to obtain a maximum electrostatic charge on the surface of the liposome in order to obtain a satisfactory stability of the mixture 2 over time.
  • the treated mixture 2 obtained is stable.
  • the stability of the mixture 2 that is to say the non-macroscopic separation of the first phase 2a and the second phase 2b between them, can last two weeks, several months, two years or more and is therefore suitable for a industrial use.
  • the mixture 2 once treated can be used as it is or be incorporated in other lipidic or aqueous phases.
  • Construction rules have been established on the basis of analyzes and measurements to determine the configuration of the transducers emitting vibratory energy, or the pattern formed by the transducers and the number of stages on the wall 4 of the tube 3 during the implementation of the method. These rules have been established in particular for a tube 3 of triangular section, although these apply or can be transposed to walls of tubes having other polygonal shapes.
  • the construction rules can be combined with each other, selectively selecting some of them or taking them into account in their entirety, in order to form an optimal configuration of transducers 6 arranged on the tube 3.
  • i index of the transducer stage on the tube in which the mixture circulates.
  • the stages are defined starting from the input portion 3a and then going to the output portion 3b of the tube 3, the first stage being the one that is located closest to the input portion;
  • n k number of successive stages comprising the same number k of transducers.
  • n ci k for n k successive stages.
  • the configuration of the transducers 6 in a pattern is noted as follows: (nc- ⁇ , nc 2 , nc 3 , nc 4 , etc.).
  • the configuration noted (2, 3, 2, 2) thus comprises two transducers at the first stage, three transducers at the second stage, and two transducers at the third and fourth stages.
  • each stage comprises at most one transducer 6 on each side of the polygon constituting the section of the tube in which the mixture circulates.
  • the maximum number of transducers at a given stage is therefore equal to the number of sides p of the polygon. In other words, ne, ⁇ p.
  • At least one stage comprises transducers 6 not regularly distributed around the periphery of the tube 3
  • stage there are several successive stages of treatment along the tube and on at least one particular stage, there is an arrangement of active transducers not regularly distributed around the perimeter of the tube 3 (ie the stage is devoid of active transducers regularly distributed / spaced around its periphery).
  • a first face comprises an active transducer, and the other two faces do not contain an active transducer; in a second configuration, a first face comprises an active transducer and a second face comprises an active transducer, but the third face does not contain an active transducer (it is in fact absent or passive / non-active).
  • n- ⁇ 0.
  • nc- ⁇ 2.
  • the number of transducers at each stage is at least equal to the number of transducers of the preceding stage.
  • nc i + 1 > ne the number of transducers at each stage.
  • the number of successive stages comprising the same number k of transducers is decreasing.
  • n k + 1 ⁇ n k is decreasing.
  • This fifth construction rule also differs from known transducer configurations that require the stages to have more transducers and apply more vibratory energy to the mixture to speed up the mixing process.
  • a sixth rule of construction there must be at least four stages on the tube 3.
  • a seventh rule of construction for two successive stages having the same number of transducers, these are placed on the same faces of the polygon constituting the section of the tube in which circulates the mixture to be treated.
  • some stages comprise two transducers and some stages comprise three transducers.
  • more than 50% of the stages comprise 2 transducers.
  • Even more preferably, between 50% and 75% of the stages comprise 2 transducers.
  • the distance d between the consecutive stages can be variable.
  • the distance d is in particular less than thirty centimeters, preferably between ten and twenty centimeters.
  • a stage without transducer can be considered as a spacing between two adjacent stages.
  • Figures 10A to 10M show possible configurations established from the construction rules described above. In these figures, the transducers shown in white are active while the transducers shown in dark and dotted are then inactive, that is to say that they do not emit vibratory energy during the treatment of the mixture 2 (which corresponds de facto to an absence of transducer).
  • the emulsion produced shows no phase separation after 30 days. storage at room temperature.
  • transducer configuration comprising stages of two and three five-stage transducers but of which the first stages comprise 3 transducers (3, 3, 2, 2, 2), about 25% of the emulsified oil separates from the emulsion after 30 days of storage at room temperature, which therefore has a phase separation.
  • a 30% continuous phase emulsion is produced with 2000 g of demineralized water at twenty degrees Celsius to which 860 g of sunflower oil are added gradually at twenty degrees Celsius.
  • a membrane emulsification system allows the addition of the oil during the treatment.
  • the emulsion is treated for four hours by piezoelectric transducers arranged on the faces of a triangular section stainless steel tube. The stages of transducers are 10 centimeters apart.
  • a pH-stat and a soda pump (0.1% by mass) make it possible to maintain the pH of the emulsion at 7.
  • a cryostat set at ten degrees Celsius makes it possible to keep the temperature of the emulsion constant during the treatment.
  • the oil is added at a rate of 10 g / min.
  • the emulsion circulates in the pilot at a speed of 900 g / min.
  • the emulsion produced shows no phase separation after 30 days of storage at room temperature.
  • a configuration comprising at least four stages of transducers makes it possible to obtain a better stability of the treated mixture according to the sixth construction rule specified above.
  • An emulsion is made with 1500 g of demineralised water at seventy degrees Celsius, and 1500 g of shea butter at 70 degrees Celsius are gradually added. It is treated for four hours by piezoelectric transducers arranged on three sides of a triangular section stainless steel tube. The stages of transducers are 8 centimeters apart.
  • a pH-stat as well as a soda pump (0.1% by weight) make it possible to maintain the pH of the emulsion at 8.
  • a cryostat set at 70 degrees Celsius makes it possible to keep the temperature of the emulsion constant during the treatment.
  • a mechanical premix system is used upstream of the tube. The butter is added gradually to the premix at a rate of 10 g / min.
  • the mixture circulates in the device at a speed of 900 g / min.
  • a transducer configuration comprising stages of two and three five-stage transducers (2, 2, 2, 3, 3)
  • the emulsion produced shows no phase separation after 30 days of storage at room temperature, which being stable.
  • the emulsion produced has a significant phase separation after 30 days of storage at room temperature.
  • about 45% of the emulsified shea butter separates from the emulsion.
  • the emulsion produced has a significant phase separation after 30 days of storage at room temperature.
  • about 72% of the emulsified shea butter separates from the emulsion.
  • a 30% emulsion is produced with 2000 g of demineralized water at twenty degrees Celsius and 860 g of rapeseed oil at twenty degrees Celsius.
  • the premix of the emulsion is made via a high pressure homogenizer. It is then treated for four hours by piezoelectric transducers arranged on three sides of a triangular section stainless steel tube. The stages of transducers are 6 centimeters apart.
  • a pH-stat and a soda pump (0.1% by weight) make it possible to maintain the pH of the emulsion at 8.
  • a cryostat set at ten degrees Celsius makes it possible to keep the temperature of the emulsion constant during the treatment.
  • the emulsion circulates in the pilot at a speed of 60 g / min.
  • the emulsion produced shows no phase separation after 30 days of storage at room temperature, the latter being stable.
  • the emulsion produced shows no phase separation after 30 days of storage at room temperature, the latter being stable.
  • a 30% continuous phase emulsion is produced with 2000 g of demineralized water at twenty degrees Celsius to which 860 g of liquid paraffin oil, very apolar, is added gradually at twenty degrees Celsius. It is treated for four hours by piezoelectric transducers arranged on three sides of a triangular section stainless steel tube. The stages of transducers are 20 centimeters apart.
  • a pH-stat and a soda pump (0.1% by weight) make it possible to maintain the pH of the emulsion at 8.
  • a cryostat set at ten degrees Celsius makes it possible to keep the temperature of the emulsion constant during the treatment.
  • a mechanical pre-mixing system and a peristaltic pump allowing the addition of oil during the treatment are used upstream of the transducers. The oil is added at a rate of 10 g / min.
  • the emulsion circulates in the pilot at a speed of 60 g / min.
  • the emulsion produced shows no phase separation after 30 days of storage at room temperature.
  • the emulsion produced shows no phase separation after 30 days storage at room temperature.
  • two consecutive stages comprising transducers are 18 centimeters apart.
  • the emulsion produced has a significant phase separation after 30 days of storage at room temperature.
  • about 75% of the emulsified oil separates from the emulsion.
  • two consecutive stages comprising transducers are separated by 28 centimeters.
  • a 30% continuous phase emulsion is produced with 2000 g of demineralized water at twenty degrees Celsius to which 860 g of olive oil are added gradually at twenty degrees Celsius. It is treated for four hours by piezoelectric transducers arranged on three sides of a triangular section stainless steel tube. The transducer stages are 1.5 centimeters apart.
  • a pH-stat and a soda pump (0.1% by weight) make it possible to maintain the pH of the emulsion at 8.
  • a cryostat set at ten degrees Celsius makes it possible to keep the temperature of the emulsion constant during the treatment.
  • a mechanical pre-mixing system and a peristaltic pump allowing the addition of oil during the treatment are used upstream of the transducers. The oil is added at a rate of 10 g / min.
  • the emulsion circulates in the pilot at a speed of 60 g / min.
  • the emulsion produced shows no phase separation after 30 days of storage at room temperature .
  • the emulsion produced has no phase separation. after 30 days of storage at room temperature.
  • the emulsion produced has no phase separation. after 30 days of storage at room temperature.
  • the emulsion produced has no phase separation. after 30 days of storage at room temperature.
  • the emulsion produced has no phase separation. after 30 days of storage at room temperature.
  • the emulsion produced has no phase separation. after 30 days of storage at room temperature.
  • the emulsified oil separates from the emulsion after 30 days of storage at room temperature.
  • the treatment time as well as the number of stages of transducers affect the stability of the treated mixture according to the tenth rule of construction specified above.
  • a continuous phase 90% emulsion is carried out with 900 g of demineralized water at twenty degrees Celsius to which is added 100 g of phospholipids at twenty degrees Celsius. It is treated for two hours by piezoelectric transducers arranged on three sides of a triangular section stainless steel tube.
  • the configuration implemented includes stages to two transducers and stages with three transducers on four stages (2, 2, 3, 3). Each of the transducer stages are 6 centimeters apart.
  • the pH of the mixture is maintained at 6.5 during the treatment.
  • a cryostat set at ten degrees Celsius keeps the temperature of the mixture constant during treatment. Mechanical pre-mixing is performed prior to the circulation of the phases in the tube 3. The dispersion circulates in the tube at a speed of 60 g / min.
  • FIG. 11B a microscopic observation as shown in FIG. 11B reveals the presence of liposomes in the mixture 2 having a diameter of the order of 200 nanometers.
  • FIG. 11A represents in particular the particle size distribution of these liposomes in the mixture 2. After 30 days of storage at ambient temperature, the mixture 2 produced shows no phase separation.
  • a continuous phase 15% emulsion is carried out with 1800 g of demineralized water at twenty degrees Celsius and a mixture of 167 g of rapeseed oil of 33 g of coenzyme Q10 at twenty degrees Celsius.
  • the premix of the emulsion is made via a high pressure homogenizer. It is then treated for four hours by piezoelectric transducers arranged on three sides of a triangular section stainless steel tube.
  • the implemented configuration comprises stages of two transducers and three four-stage transducers (2, 2, 3, 3). Each of the transducer stages are 6 centimeters apart.
  • a pH-stat and a soda pump (0.1% by weight) make it possible to maintain the pH of the emulsion at 8.
  • a cryostat set at ten degrees Celsius makes it possible to keep the temperature of the emulsion constant during the treatment.
  • the emulsion circulates in the pilot at a speed of 60 g / min.
  • Such an emulsion thus makes it possible to obtain a vectorization of coenzyme Q10, which has all the properties, in particular the antioxidant, of the molecule of interest. After 30 days of storage at ambient temperature, the emulsion produced shows no phase separation. . Production of a powder suspension
  • a continuous phase suspension of 5% is carried out with 1425 g of demineralized water at twenty degrees Celsius and a mixture of 75 g of an iron oxide powder at twenty degrees Celsius.
  • the premix of the emulsion is made via a mechanical stirring system. It is then treated for four hours by piezoelectric transducers arranged on three sides of a triangular section stainless steel tube.
  • the implemented configuration comprises stages of two transducers and three four-stage transducers (2, 2, 3, 3). Each of the floors of transducers are 8 centimeters apart.
  • a pH-stat and a soda pump (0.1% by weight) make it possible to maintain the pH of the emulsion at 8.
  • a cryostat set at ten degrees Celsius makes it possible to keep the temperature of the emulsion constant during the treatment.
  • the emulsion circulates in the pilot at a speed of 600 g / min.
  • Blends 2 were made as follows:
  • Figures 3 to 6 illustrate the particle size dispersion of the water droplets which remain in suspension in the lipid phase thus forming an inverse emulsion.
  • the inverse emulsions can be characterized by dynamic diffraction of light.
  • Figure 7 shows the particle size distribution of water droplets (5%) in inverse emulsion (W / O) in olive oil (95%) after six hours of treatment according to the method.
  • the droplets have a diameter of less than 500 nanometers and 90% of the population has a diameter of less than 314 nanometers.
  • the average diameter of the droplets of this emulsion is 175 nanometers.
  • FIG. 8 thus shows the particle size distribution of the emulsion particles measured just after its treatment (solid line curve) as well as measured following its two-year storage (in dashed line). Measuring the particle size distribution of the emulsion two years after its treatment shows that the water droplets have slightly increased in size, which reflects a very slight phenomenon of coalescence after the long storage time of the emulsion. However, this emulsion does not show a phase separation phenomenon and the average size of the droplets remains of the order of 100 nm to 200 nanometers.
  • the emulsion stored for a period of two years shows no apparent phenomenon of destabilization, phase separation or settling of the water.
  • the process is of general application in all sectors of industry, and finds a particularly interesting application when the use of emulsifiers in a mixture can cause comfort problems, irritation, allergy or intolerance for example in the agri-food, dermatology, cosmetics, relaxation products and pharmacy sectors. Other interesting sectors are, for example, paint or polymers.
  • the suppression of emulsifiers can reduce costs, and is therefore attractive in all emulsion preparations on an industrial scale.
  • the mixtures treated by the process according to the invention may be creams, lotions, sprays and any other form of pharmaceutical and / or cosmetic product distribution.
  • the mixture 2 can be treated firstly in a first container in which the transducer or transducers operate at a frequency F1 and then be transferred to a second container in which the transducer or transducers operate at a frequency F2 different from the frequency F1, and so continued if necessary until the complete treatment of the mixture.
  • F1 the frequency of the mixture
  • F2 the frequency of the mixture

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Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement d'un mélange (2) comprenant au moins une première phase (2a) et une seconde phase(2b) non miscibles l'une avec l'autre, le procédé comprenant les étapes consistant à: -faire circuler le mélange(2)dans un tube (3) comprenant une paroi (4) et s'étendant entre une portion d'entrée (3a) et une portion de sortie(3b), et -appliquer une énergie vibratoire au mélange (2) au moyen de transducteurs (6) disposés sur la paroi (4) du tube(3) et opérant à une fréquence supérieure à 900 kHz, l'énergie vibratoire permettant de disperser la première phase (2a) dans la seconde phase(2b).

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT EN CONTINU
D'UN MELANGE
L'invention concerne un procédé pour traiter en continu un mélange et un dispositif pour un tel traitement.
Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de traitement d'un mélange par vibration piézo-électrique à haute fréquence.
On connaît déjà des procédés de préparation d'émulsion stable comprenant une phase lipidique dans une phase aqueuse à l'aide de transducteurs piézoélectriques. En particulier, le brevet FR 2 947 186 décrit un procédé de préparation d'une émulsion huile dans eau réalisée dans un récipient dans lequel est immergé un transducteur piézoélectrique opérant à hautes fréquences, notamment supérieure à 900 kHz. Ce procédé de préparation présente de nombreux avantages, en particulier l'absence d'utilisation de tensioactif ou d'émulsifiant, l'absence de dégradation des composés sensibles du mélange lors du procédé, ainsi qu'une faible consommation énergétique du procédé pour préparer l'émulsion.
Toutefois, bien qu'un tel procédé apporte satisfaction, celui-ci requiert un temps de préparation qui est généralement long, en particulier pour la préparation d'important volume d'émulsion ou d'émulsion contenant une proportion élevée de phase dispersée, notamment supérieure à 30%.
L'invention vise ainsi à résoudre cet inconvénient.
Ainsi, l'invention concerne un procédé de traitement d'un mélange comprenant au moins une première phase et une seconde phase non miscibles l'une avec l'autre, le procédé comprenant les étapes consistant à :
- faire circuler le mélange dans un tube comprenant une paroi et s'étendant entre une portion d'entrée et une portion de sortie, et
- appliquer une énergie vibratoire au mélange au moyen d'une pluralité de transducteurs disposés sur la paroi du tube et opérant à une fréquence supérieure à 900 kHz, l'énergie vibratoire permettant de disperser la première phase dans la seconde phase, les transducteurs étant disposés selon plusieurs positions formant plusieurs étages successifs de traitement le long du tube, avec au moins sur un étage une disposition de transducteurs actifs non régulièrement répartis sur le pourtour du tube. Le procédé de traitement selon l'invention permet de traiter le mélange de manière continue, tout en permettant une incorporation d'une phase dispersée, aqueuse ou lipidique, importante, de façon maîtrisée et sans dégradation de matières. En outre on obtient une dispersion, notamment une émulsification rapide du mélange. Par exemple, la dispersion de 20% en masse d'huile dans de l'eau nécessite seize heures pour obtenir un volume final de 500 mL avec un procédé de préparation d'émulsion déjà connu tel que celui décrit dans le brevet FR 2 947 186. Avec le procédé selon l'invention, on peut obtenir un débit continu de mélange traité de 750 mL/min comme cela sera décrit ci-après plus en détails.
Dans divers modes de réalisation selon la présente invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes, prises séparément ou en combinaison, selon lesquelles :
- au moins un étage est tel qu'il est dépourvu de deux transducteurs disposés face à face et parallèles l'un de l'autre ; autrement dit, sur un étage ou même plusieurs étages, on évite la configuration où deux transducteurs seraient disposés en vis-à-vis respectivement sur deux parois parallèles encadrant du produit à traiter; grâce à cette disposition, on évite la formation d'ondes stationnaires (transducteurs face-à-face) qui seraient contre-productives pour le résultat recherché ;
l'application de l'énergie vibratoire est adaptée pour former une émulsion et/ou des liposomes et/ou des éléments de vectorisation de principe actif ;
le mélange ne contient pas d'émulsifiant ajouté ;
le mélange une fois traité est stable pendant au moins deux semaines, voire au moins deux ans à température ambiante ;
la première phase est une phase aqueuse tandis que la seconde phase est une phase lipidique, ou inversement ;
- la section transversale de la paroi du tube est polygonale, la section polygonale comprenant un nombre impair de côtés ;
- la paroi délimite un espace intérieur dans lequel on fait circuler le mélange, les transducteurs étant disposés sur la paroi en dehors de l'espace intérieur ;
- les transducteurs sont disposés selon plusieurs positions discrètes correspondant chacune à un plan de section transversal à la paroi du tube ;
- les transducteurs sont adaptés pour opérer à des fréquences différentes, les transducteurs étant disposés dans un ordre de fréquence croissant sur le tube ; et - le mélange circule de façon répétée dans le tube jusqu'à ce que la première phase présente une granulométrie micrométrique ou nanométrique, de préférence monodisperse,
- le nombre de transducteurs à chaque étage est supérieur ou égal au nombre de transducteurs de l'étage précédent.
L'invention concerne également un dispositif pour un traitement d'un mélange comprenant au moins une première phase et une seconde phase non miscibles l'une avec l'autre, le dispositif comprenant un tube comprenant une paroi et s'étendant entre une portion d'entrée et une portion de sortie, des transducteurs opérant à une fréquence supérieure à 900 kHz étant disposés sur la paroi du tube et étant adaptés pour appliquer une énergie vibratoire au mélange.
Selon une réalisation, la section transversale de la paroi du tube est polygonale, la section polygonale comprenant un nombre impair de côtés p.
Bien entendu les différentes caractéristiques, variantes et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées, présentés à titre d'exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l'exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles :
la figure 1 est une vue schématique du dispositif pour mettre en œuvre le procédé de traitement d'un mélange selon l'invention ;
la figure 1A représente une vue en coupe de la paroi du tube de la figure 1 selon le plan de section IA ;
la figure 2 est une vue schématique d'une autre réalisation du dispositif pour mettre en œuvre le procédé de traitement d'un mélange selon l'invention ;
la figure 3 représente la répartition granulométrique des gouttelettes d'eau dans une émulsion eau (5%) dans beurre de karité (95%) après six heures de traitement par le procédé selon l'invention ; la figure 4 représente la répartition granulométrique des gouttelettes d'eau dans une émulsion eau (5%) dans Matière Grasse Laitière Anhydre {MGLA ; 95%) après six heures de traitement par le procédé selon l'invention ;
la figure 5 représente la répartition granulométrique des gouttelettes d'eau dans une émulsion eau (5%) dans huile essentielle d'origan (95%) après quatre heures de traitement par le procédé selon l'invention ;
la figure 6 représente la répartition granulométrique des gouttelettes d'eau dans une émulsion eau (5%) dans huile d'olive (95%) après cinq heures de traitement par le procédé selon l'invention ;
la figure 7 représente la répartition granulométrique des gouttelettes d'eau dans une émulsion eau (5%) dans huile d'olive (95%) après six heures de traitement par le procédé selon l'invention ;
la figure 8 représente la répartition granulométrique des gouttelettes d'eau dans une émulsion eau (5%) dans huile d'olive (95%) après cinq heures de traitement par le procédé selon l'invention après stockage à température ambiante pendant une durée de deux ans ;
les figures 9A à 9D représentent différentes réalisation du tube du dispositif selon l'invention ; et
les figures 10A à 10M représentent différentes configurations de transducteurs sur le tube du dispositif selon l'invention ; et
les figures 1 1A et 1 1 B représentent respectivement la répartition granulométrique d'un mélange comprenant des liposomes après quatre heures de traitement par le procédé selon l'invention et une vue d'halos de lumière de nanoliposomes obtenues par diffusion dynamique de lumière avec un grossissement de 10000. Ci-après un exposé détaillé de plusieurs modes de réalisation de l'invention assorti d'exemples et de référence aux dessins.
La figure 1 représente un mode de réalisation d'un dispositif 1 configuré pour mettre en œuvre le procédé de traitement d'un mélange 2 selon l'invention.
Le mélange 2 comprend au moins une première phase 2a et une seconde phase 2b. La première phase 2a et la seconde phase 2b sont notamment des produits fluides, en particulier liquides ou sous forme de poudre. La première phase 2a et la seconde phase 2b ne sont pas miscibles entre elles. Par non-miscible, on comprend donc que la première phase 2a et la seconde phase 2b ne peuvent pas être mélangées, notamment à température ambiante (soit environ vingt degrés Celsius), pour obtenir un mélange totalement homogène. Sauf indication contraire, les pourcentages de première phase 2a ou de seconde phase 2b dans les exemples de réalisation décrit ci-après sont des pourcentages massiques.
La première phase 2a peut être une phase aqueuse, tandis que la seconde phase 2b est une phase lipidique, ou inversement.
Le terme phase lipidique (ou lipophile ou hydrophobe) désigne toutes les substances huileuses, liquides à la température de mise en œuvre du procédé, naturelles, végétales ou animales, ou synthétiques ayant ou non une ou plusieurs activités biologiques avérées, et insolubles dans l'eau (moins de 2% en poids à température ambiante). A titre illustratif et non limitatif de ces phases lipidiques, on peut notamment citer pour l'agroalimentaire les huiles végétales (olive, tournesol, colza, arachide, mélanges d'huiles végétales, etc.), les huiles animales (poisson, etc.), les beurres. On peut également citer comme exemple de phase lipidique, notamment pour la dermatologie et la cosmétique, les huiles d'avocat, d'argan et autres huiles végétales, les huiles essentielles, les huiles minérales.
Le terme phase aqueuse (ou hydrophile) désigne toute phase contenant de l'eau et/ou de l'alcool. On peut citer l'eau adoucie ou non, distillée ou non, minérale ou non, l'eau de source, l'eau ultra-pure, les eaux florales, les eaux de fruits.
Par ailleurs, le mélange 2 peut comprendre un ou plusieurs additifs. Un additif peut être ajouté à l'une des première ou seconde phases 2a, 2b, selon qu'il est liposoluble ou hydrosoluble. Le cas échéant, on pourra au préalable solubiliser un tel additif dans un solvant. A titre d'exemple non exhaustif, dans le secteur alimentaire, une biomolécule d'intérêt peut être ajoutée dans la phase aqueuse (peptides, vitamines, flavonoïdes, etc.) ou dans la phase lipidique (triacylglycérols, acides gras, arômes, etc.). De façon générale, la composition du mélange 2 dépend typiquement de l'utilisation finale visée du mélange 2 une fois traité par le procédé.
De préférence, le mélange 2 ne comprend pas d'émulsifiant ou de composé adapté pour faciliter la dispersion de la première phase 2a dans la seconde phase 2b lors du traitement du mélange 2. En particulier, le mélange 2 ne comprend pas d'émulsifiant, de tensioactif, de stabilisant, ni aucun autre additif de toute sorte adapté pour empêcher ou ralentir la séparation de la dispersion de la première phase 2a et de la seconde phase 2b du mélange 2. Toutefois, dans certaines réalisations spécifiques du procédé, notamment pour former des liposomes comme cela sera décrit par la suite, le mélange 2 peut comprendre un émulsifiant tel que des phospholipides. Comme représenté sur la figure 1 , le dispositif 1 comprend au moins un tube 3. Par tube 3, on comprend une conduite non nécessairement cylindrique, mais pouvant avoir d'autres formes comme cela sera décrit ci-après. Le tube 3 comprend une paroi 4 délimitant un espace intérieur 5 dans lequel le mélange 2 est destiné à circuler en continu. Par continu, il faut comprendre que le traitement du mélange 2 est réalisé lorsque le mélange 2 circule dans le tube 3.
La paroi 4 est peu épaisse, en pratique 1 à 2 mm, pour une section utile du tube de plusieurs cm2, en pratique par exemple entre 2 cm2 et 30 cm2, typiquement entre 5 cm2 et 15 cm2. La paroi 4 est mince et transmet intégralement les vibrations ultrasonores ; la paroi 4 ne produit d'atténuation ou d'amplification car ses fréquences propres principales sont très inférieures à celles de l'excitation forcée.
Le tube 3 s'étend plus particulièrement entre une portion d'entrée 3a et une portion de sortie 3b. On définit ainsi un sens de circulation Se du mélange 2 dans le tube 3 allant de la portion d'entrée 3a vers la portion de sortie 3b.
Selon une réalisation, le tube 3 est rectiligne entre la portion d'entrée 3a et la portion de sortie 3b comme représenté sur la figure 1. On définit ainsi également une direction de circulation De du mélange 2 dans le tube 3. Le tube 3 peut être placé de façon verticale. Ainsi, la portion d'entrée 3a du tube 3 est située vers le bas tandis que la portion de sortie 3b est située vers le haut (les termes « haut » et « bas » devant être compris selon leur sens courants). Toutefois, cette réalisation n'est pas limitative et le tube 3 peut également être disposé de façon horizontale par exemple comme représenté sur les figures 1 et 2, ou selon toute autre inclinaison. Selon une autre réalisation non représentée, le tube 3 peut en outre comprendre au moins une ou plusieurs portions courbées. Le tube 3 peut alors avoir la forme d'un serpentin, d'une spirale ou être ondulé, ceci afin de minimiser l'espace occupé par le dispositif 1.
La paroi 4 du tube 3 peut être en acier inoxydable, en verre, en plexiglas, en matériaux plastiques ou autres. De préférence, le tube 3 est en acier inoxydable et/ou en un matériau plastique. La paroi 4 du tube est mince au regard de la longueur de chaque côté et/ou de la section utile de passage du produit traité.
De préférence, le matériau de la paroi 4 du tube 3 est neutre, ou inerte, vis-à-vis du mélange 2. En particulier, le matériau de la paroi 4 du tube 3 n'est pas dégradé au contact du mélange 2. A titre d'exemple, un tube 3 en polytétrafluoroéthylène (PTFE) n'est pas dégradé au contact d'huiles essentielles. La paroi 4 du tube 3 est avantageusement de section substantiellement polygonale. Ainsi, la paroi 4 du tube 3 peut notamment comporter des angles légèrement arrondis entre ses différentes faces comme représenté sur la figure 1A. En particulier, la paroi 4 du tube 3 est de section polygonale régulière (toutes ses faces ayant la même dimension) sur au moins une longueur L. La paroi polygonale 4 du tube 3 comprend de préférence un nombre impair de faces. Autrement dit, la section polygonale comprend un nombre impair de côtés p. Les figures 9A à 9D montrent des exemples de réalisation en perspective du tube 3 dont les sections de la paroi 4 sont respectivement triangulaire, pentagonale, heptagonale et ennéagonale.
Le dispositif 1 comprend également des éléments transducteurs 6. Ces transducteurs 6 permettent d'appliquer une énergie vibratoire au mélange 2 dans une gamme de fréquence déterminée. Les transducteurs 6 choisis sont plus particulièrement du type piézoélectrique, notamment céramique. De tels transducteurs sont adaptés pour un fonctionnement stable dans la gamme de fréquence choisie et leur technologie de fabrication est bien maîtrisée. Les transducteurs 6 peuvent avoir des formes variées, notamment sous forme de disque ou d'éléments plus ou moins allongés et étendus.
Les transducteurs 6 sont disposés sur la paroi 4 du tube 3. Les transducteurs 6 sont notamment fixés sur la paroi 4 du tube 3, par de la colle, un joint ou tout autre élément de fixation.
Les transducteurs 6 peuvent être placés sur la paroi 4 à l'intérieur du tube 3, c'est-à-dire dans l'espace intérieur 5 délimité par le tube 3. En variante, les transducteurs 6 peuvent être avantageusement placés à l'extérieur du tube 3 sur la paroi 4, c'est-à-dire en dehors de l'espace intérieur 5 délimité par le tube 3. Les vibrations émises par les transducteurs 6 traversent alors la paroi 4 du tube 3 pour atteindre le mélange 2. Un tel agencement permet de ne pas mettre les transducteurs 6 directement au contact du mélange 2 et de conserver l'espace intérieur 5 du tube par exemple stérile, ce qui peut être nécessaire pour des applications cosmétique et pharmaceutique du mélange 2. Cela facilite également le nettoyage du tube 3 et limite les contaminations possibles du mélange 2 par une dégradation des éléments fixant les transducteurs 6 à la paroi 4. Selon encore une autre variante, chacun des transducteurs 6 peut être disposé dans une cavité traversant la paroi 4. Un joint permet ensuite de sceller de façon étanche la cavité une fois le transducteur disposé à l'intérieur de celle-ci. Selon une réalisation, les transducteurs 6 sont disposés contre la paroi 4 du tube 3, les transducteurs 6 se présentant par exemple sous la forme de disques dont l'une des faces est appliquée sur la paroi 4 du tube 3. Ainsi, l'énergie vibratoire émise par les transducteurs 6 présente une composante perpendiculaire à la paroi 4 du tube 3, et notamment perpendiculaire à la direction de circulation De du mélange 2.
Selon une autre réalisation, une partie ou la totalité des transducteurs 6 peuvent également être inclinés par rapport à la paroi 4 du tube 3, de sorte que l'énergie vibratoire émise présente, en plus de sa composante perpendiculaire à la direction de circulation De du mélange 2, une composante parallèle à la direction de circulation De et orientée par exemple dans le sens inverse au sens de circulation Se. Ce positionnement des transducteurs 6 peut en effet permettre d'augmenter l'efficacité du procédé.
Les transducteurs 6, en particulier tous les transducteurs 6, sont adaptés pour opérer dans une plage de fréquences, dite de haute fréquence, c'est-à-dire supérieure ou égale à 900 kHz, voire supérieure à 1000 kHz. En particulier, les transducteurs 6, en particulier tous les transducteurs 6, sont adaptés pour opérer dans une gamme de fréquences comprises entre 900 kHz et 3 MHz, de manière plus préférée entre 900 kHz et 2000 kHz, de manière encore plus préférée entre 1400 et 1800 kHz. L'application d'une énergie vibratoire haute fréquence au moyen de transducteurs 6 présente l'avantage de faire disparaître le phénomène de cavitation généralement utilisé pour son intensité de cisaillement. En effet, les gammes de fréquence classiquement employées comprises entre 20 et 200 kHz, et généralement inférieures à 80 kHz, conduisent à la formation de bulles de cavitation dans le mélange 2, dans lesquelles la température locale s'accroît jusqu'à plusieurs centaines de degrés Celsius et où la pression augmente fortement. Cette cavitation cisaille le mélange 2 ce qui permet une émulsification rapide mais provoque l'altération physico-chimique et biochimique du mélange 2. L'utilisation de fréquences hautes conformément à la présente invention n'entraine pas de telles altérations et préserve le mélange 2, en permettant l'obtention de dispersions stables.
Selon une réalisation, les transducteurs 6 n'opèrent pas tous à la même fréquence. L'utilisation de plusieurs fréquences différentes, tout en restant dans la gamme des hautes fréquences (ce terme devant être compris tel que précédemment), peut permettre l'obtention d'émulsions plus stables et dont la quantité de phase dispersée est plus importante tout en réduisant la durée de traitement nécessaire. A cet effet, les transducteurs 6 peuvent par exemple fonctionner selon trois fréquences différentes F1 , F2, F3, les transducteurs 6 étant disposés dans un ordre de fréquence croissant. Autrement dit, les transducteurs 6 ayant la fréquence la moins élevée F1 sont situés proches de la portion d'entrée 3a du tube 3.
Selon un mode de réalisation, les transducteurs 6, en particulier les transducteurs actifs (c'est- à-dire qui émettent une énergie vibratoire lors du traitement du mélange 2), sont disposés avantageusement de façon discrète sur la paroi 4 avantageusement polygonale du tube 3 par « étage ». On définit un étage par un plan de section transversal à la paroi 4 du tube 3. Un plan de section transversal à la paroi 4 du tube 3 définissant un étage passe en particulier par le centre des transducteurs 6 de cet étage. On peut dire aussi qu'un étage est muni de transducteurs situés dans le plan transversal à la direction de circulation locale du produit à traiter.
Comme représenté sur les figures 9A à 9D et 10A à 10M, neuf étages de transducteurs 6 peuvent être disposés sur le tube 3. En particulier, tous les transducteurs 6 représentés sur les figures 9A à 9D ne sont pas nécessairement actifs, et certains peuvent être inactifs comme cela sera expliqué ci-après.
Selon une réalisation, deux étages consécutifs de transducteurs 6 sont espacés d'une distance d inférieure à 30 centimètres, notamment de l'ordre de 10 centimètres. Les étages de transducteurs 6 ne sont toutefois pas tous nécessairement espacés de la même distance d. La distance d est plus particulièrement mesurée entre les centres de deux transducteurs 6 disposés sur une même face du tube 3 et appartenant respectivement à deux étages consécutifs. Dans un étage, les transducteurs 6 sont disposés sur les faces de la paroi polygonale 4 du tube 3. Comme cela sera décrit ci-après, la disposition des transducteurs en différents étages forment un « motif » ou une succession de motifs susceptibles de répondre à des règles de construction déterminée afin d'optimiser le traitement du mélange 2.
De préférence, du fait de la forme polygonal impaire de la paroi 4 du tube 3, deux transducteurs 6 d'un étage ne sont pas disposés face à face l'un de l'autre. Autrement dit, deux transducteurs 6 ne sont pas disposés en regard directement parallèle l'un de l'autre. En effet l'interaction des ondes vibratoires émises par deux transducteurs face à face est susceptible d'entraîner l'apparition d'une onde stationnaire du mélange 2 créant des zones sans traitement dans le tube 3 lors du procédé.
Le dispositif 1 comprend également un récipient 7 en communication fluidique avec la portion d'entrée 3a du tube 3. Le récipient 7 est destiné à contenir le mélange 2 avant sa circulation dans le tube 3. Ainsi, la première phase 2a et la seconde phase 2b peuvent initialement être simplement combinées sans mélange préalable dans le récipient 7.
En variante, la première phase 2a et la seconde phase 2b peuvent également faire l'objet d'un pré-mélange. A cet effet, un dispositif de mélange 8 mécanique ou membranaire peut être utilisé dans le récipient 7. En variante, le pré-mélange peut être réalisé par application d'une énergie vibratoire au mélange 2 à l'aide de transducteurs, notamment basses fréquences. Ce dispositif de mélange 8 permet un cisaillement rapide de la première phase 2a dans la seconde phase 2b ce qui permet de raccourcir l'étape de traitement du mélange 2 ultérieure sans pour autant permettre seul l'obtention d'un mélange 2 stable. Une pompe peut en outre être utilisée pour introduire une des phases progressivement dans le récipient 7 lors de ce pré-mélange. Par ailleurs, plusieurs pompes peuvent également être utilisées pour introduire chaque phase 2a, 2b et éventuellement d'autres additifs, du mélange 2 dans le récipient 7.
Selon une réalisation, un système de chauffage 9 permet de chauffer le mélange 2 (ou une des phases 2a, 2b) préalablement ou lors de son traitement selon le procédé. Le mélange 2 peut ainsi être chauffé, dans la mesure où cela n'entraine pas une dégradation des matériaux de la paroi 4 du tube 3 ou des autres éléments du dispositif 1.
Selon une autre réalisation, un système de refroidissement 10 permet de refroidir le mélange 2 préalablement ou lors du traitement selon le procédé. Cela permet notamment de traiter le mélange 2 à froid, pour limiter aisément les pertes et/ou dégradations du mélange 2 liées à une température trop élevée.
Les systèmes de chauffage 9 et/ou de refroidissement 10 permettent notamment, pour des besoins spécifiques de mise en œuvre ou de fragilité, de maintenir la température des phases 2a, 2b traitées constante tout au long du procédé.
Selon une autre réalisation, un système de contrôle du pH 1 1 , ou éventuellement plusieurs systèmes 1 1 répartis sur le tube 3, permettent de réguler le pH du mélange 2 lors de son traitement. En effet, le traitement du mélange est susceptible d'entraîner une acidification du mélange 2 traité, du fait de l'organisation spécifique des ions HO" induite par le procédé dans le mélange 2. Un pH-stat couplé à une pompe à soude montée sur le tube 3 permettent par exemple de réguler le pH du mélange 2 à une valeur déterminée au cours du traitement.
Une fois le mélange 2 comprenant la première phase 2a et la seconde phase 2b contenue dans le récipient 7, éventuellement pré-mélangé, on fait ensuite circuler le mélange dans le tube 3 entre la portion d'entrée 3a et la portion de sortie 3b. A cet effet, le dispositif peut comprendre également une pompe 12, notamment péristaltique, adaptée pour permettre la circulation du mélange 2 dans le tube 3. En fonction de la configuration du dispositif 1 , en particulier de la longueur du tube 3 et du nombre de transducteurs 6, le réglage du débit de la pompe 12 permet de contrôler la vitesse du mélange 2 lors du procédé et la durée de traitement nécessaire. En variante, la circulation du mélange est réalisée par effet de la gravité, notamment lorsque le tube 3 est vertical ou incliné dans le dispositif 1. Le traitement du mélange 2 est réalisé de manière continue par circulation du mélange 2 dans le tube 3 sur la paroi 4 duquel sont disposés les transducteurs 6. Le débit du mélange 2 dans le tube 3 est par exemple compris entre 10 g/min et 2 kg/min, voire entre 50 g/min et 900 g/min, dans certains cas particuliers de l'ordre de 60 g/min.
On applique alors une énergie vibratoire au mélange 2 lors de sa circulation dans le tube 3.
Lorsque le procédé est mis en œuvre, la totalité de l'espace intérieur 5 du tube 3 est de préférence occupé par le mélange 2. Ainsi, le tube 3 ne comprend pas d'espace intérieur libre, ceci afin de limiter les échanges entre le mélange 2 et l'air qui serait contenu dans cet espace libre et qui seraient susceptibles d'entraîner la dissolution de gaz dans le mélange 2 ou des pertes de composés volatiles.
Le mélange 2 peut circuler en continu dans un tube 3 pouvant comprendre plusieurs portions de paroi 4 de section polygonale comme cela est représenté sur la figure 2. Le tube 3 peut ainsi avoir différentes configurations, et peut notamment avoir une longueur adaptée au mélange 2 à traiter. A cet effet, il peut être prévu des sorties du mélange 2 ou des passages de dérivation situés à différents endroits sur le tube 3 du dispositif 1 afin d'adapter la durée du traitement du mélange 2.
En variante comme pour les exemples qui sont décrit ci-après, le mélange 2 peut également circuler plusieurs fois dans un tube 3 de façon récurrente par un système en boucle fermée, jusqu'à l'obtention du traitement du mélange 2 désiré. Ainsi, les durées de traitement données dans les exemples de réalisation décrits ci-après concernent la durée pendant laquelle le mélange 2 circule en boucle fermée dans le dispositif 1.
De façon générale, les dimensions et la forme du tube peuvent varier en fonction du type de mélange 2 ainsi que du volume à traiter. A titre d'exemple non limitatif, le tube 3 peut avoir une section triangulaire équilatérale sur une longueur L égale à cent vingt centimètres. Chaque côté p de la section du tube 3 est alors égal à cinq centimètres et les transducteurs 6 ont une forme de disque de l'ordre de deux centimètres de diamètre environ.
Le procédé permet ainsi de traiter le mélange 2 afin d'obtenir une dispersion de la première phase 2a dans la seconde phase 2b. Une telle dispersion peut être obtenue par le mélange 2 à l'échelle micrométrique, submicronique ou nanométrique de la première phase 2a dans la seconde phase 2b sous forme de gouttelettes ou de particules. La première phase 2a constitue alors la phase dispersée tandis que la seconde phase 2b constitue la phase continue. De préférence, le traitement du mélange 2 n'entraine pas d'altération ou de modification chimique des première et seconde phases 2a, 2b.
Dans la suite, les termes génériques « dispersion directe » ou « dispersion huile-dans-eau » désignent un mélange dispersé dans lequel une phase lipidique est dispersée dans une phase aqueuse (noté également H/E). A l'inverse, les termes génériques « dispersion inverse » ou « dispersion eau-dans-huile » désignent un mélange dispersé dans lequel une phase aqueuse est dispersée dans une phase lipidique (noté également E/H). Des mélanges multiples ou multiphasiques peuvent également être obtenus par plusieurs applications successives du procédé selon l'invention (noté également H/E/H ou E/H/E par exemple).
Le mélange est récupéré après l'obtention de la granulométrie finale désirée de la première phase 2a, ou plus simplement lorsque la dispersion maximale de la première phase 2a est atteinte. En particulier, la taille moyenne des particules de la première phase 2a dans la seconde phase 2b après traitement est inférieure à 50 micromètres, de manière plus préférée inférieure à 20 micromètres. Des durées de traitement plus courtes produisent des particules de la première phase 2a plus grandes avec une large distribution de tailles alors que les durées de traitement plus longues produisent des particules de la première phase 2a plus petites avec des distributions de taille très étroite ; ainsi la stabilité du mélange traité 2 est plus grande. Le procédé est d'autant plus rapide qu'il comporte un nombre élevé d'étages de transducteurs 6. La durée de traitement du procédé dépend également du pourcentage en masse de la première phase 2a par rapport à la seconde phase 2b.
Selon une réalisation, le procédé permet d'obtenir une émulsion. On peut ainsi obtenir une émulsion simple, directe ou inverse, ou une émulsion multiple.
Le procédé peut également permettre d'obtenir un mélange structuré. En particulier, le procédé permet d'obtenir des mélanges structurés en monocouche, telles que des micelles ou des colloïdosomes, en bicouche telles que des vésicules, liposome simples, membranes, ou encore en multicouche telles que des liposomes multilamellaires.
Le procédé selon l'invention permet en particulier d'obtenir des mélanges structurés sous forme de liposomes. Les liposomes se présentent sous la forme de capsules lamellaires, dont les couches sont constituées alternativement de phase lipidique et de phase aqueuse. Une phase lipidique permettant une telle structuration peut être choisie parmi les glycérides, les phospholipides, les glycolipides, les terpénoïdes, les huiles essentielles et/ou les lipides polaires.
La structuration du mélange 2 peut également permettre d'obtenir une vectorisation de principes actifs ou de molécules d'intérêt, cosmétiques et pharmaceutiques, tels que la coenzyme Q10. Les liposomes permettent par exemple la nano-encapsulation d'agents actifs dans la phase dispersée afin de protéger ces agents actifs d'une dégradation éventuelle pendant le stockage du mélange. Les principes ainsi vectorisés sont plus efficaces et davantage biodisponibles lorsqu'ils sont relargués dans des organismes vivants. Les liposomes sont particulièrement adaptés à une utilisation en industrie alimentaire en tant que système de libération contrôlé d'agents actifs car ils sont facilement réalisables, adaptables, ils sont biocompatibles et sont généralement considérés comme sans danger (Generally Recognized As Safe - GRAS - par l'Administration des aliments et des médicaments des États-Unis (FDA)). Les liposomes sont aussi très utilisés dans les secteurs de la cosmétique et de la santé pour la stabilisation et la vectorisation d'actifs. Le procédé selon l'invention permet en outre d'obtenir une charge électrostatique maximale à la surface du liposome afin d'obtenir une stabilité satisfaisante du mélange 2 au cours du temps.
A la sortie du procédé, le mélange traité 2 obtenue est stable. La stabilité du mélange 2, c'est-à- dire la non-séparation macroscopique de la première phase 2a et de la seconde phase 2b entre elles, peut durer deux semaines, plusieurs mois, deux ans, ou plus et convient donc pour un usage industriel. Le mélange 2 une fois traité peut être utilisé tel quel ou bien être incorporé dans d'autres phases lipidiques ou aqueuses.
Des règles de construction ont été établies sur la base d'analyses et de mesures afin de déterminer la configuration des transducteurs émettant une énergie vibratoire, ou le motif formé par les transducteurs et le nombre d'étages sur la paroi 4 du tube 3 lors de la mise en œuvre du procédé. Ces règles ont été établies en particulier pour un tube 3 de section triangulaire, bien que celles-ci s'appliquent ou sont transposables à des parois de tubes ayant d'autres formes polygonales. Les règles de construction peuvent être combinées les unes avec les autres, en choisissant sélectivement certaines d'entre elles ou les prenant en compte en totalité, afin de former une configuration optimale de transducteurs 6 disposés sur le tube 3.
A cet effet, on définit préalablement les éléments ci-dessous : p : nombre de côtés de la section polygonale du tube dans lequel circule le mélange à traiter ;
e : nombre d'étages de transducteurs sur le tube dans lequel circule le mélange ;
i : indice de l'étage de transducteur sur le tube dans lequel circule le mélange. Par convention, on définit les étages en partant depuis la portion d'entrée 3a puis en allant vers la portion de sortie 3b du tube 3, le premier étage étant donc celui qui est situé le plus proche de la portion d'entrée ;
ne, : nombre de transducteurs placés sur les parois du tube dans lequel circule le mélange au ième étage ; et
- nk : nombre d'étages successifs comportant un même nombre k de transducteurs. Ainsi, nci = k pour nk étages successifs.
On note la configuration des transducteurs 6 en étage d'un motif de la façon suivante : (nc-ι , nc2, nc3, nc4, etc.). A titre d'exemple, la configuration notée (2, 3, 2, 2) comprend ainsi deux transducteurs au premier étage, trois transducteurs au deuxième étage, et deux transducteurs aux troisième et quatrième étages.
Selon une première règle de construction, chaque étage comprend au plus un transducteur 6 sur chaque face du polygone constituant la section du tube dans lequel circule le mélange. Le nombre maximal de transducteur à un étage donné est donc égal au nombre de côtés p du polygone. Autrement dit, ne, < p.
Avantageusement, au moins un étage comprend des transducteurs 6 non régulièrement répartis sur le pourtour du tube 3
Plus précisément, il y a plusieurs étages successifs de traitement le long du tube et sur un étage particulier au moins, on trouve une disposition de transducteurs actifs non régulièrement répartis sur le pourtour du tube 3 (autrement dit l'étage est dépourvu de transducteurs actifs régulièrement répartis/espacés sur son pourtour).
Par exemple, sur une section triangulaire, selon une première configuration, une première face comprend un transducteur actif, et les deux autres faces ne contiennent pas de transducteur actif ; selon une deuxième configuration, une première face comprend un transducteur actif et une deuxième face comprend un transducteur actif, mais la troisième face ne contient pas de transducteur actif (il est en fait absent ou passif / non-actif).
Même si sur l'étage en question on trouve la présence d'autant de transducteurs que de faces, au moins un des transducteurs n'est pas activé ce qui permet d'obtenir la caractéristique particulière d'absence de répartition régulière sur le pourtour.
Cette caractéristique particulière d'absence de répartition régulière sur le pourtour donne de façon inattendue des résultats meilleurs que ceux obtenus avec une répartition régulière. Selon une deuxième règle de construction, il n'y a pas d'étage comportant un seul transducteur. Autrement dit, n-ι = 0. Selon une troisième règle de construction, au moins le premier étage comprend deux transducteurs. Autrement dit, nc-ι = 2. Cette troisième règle de construction diffère en particulier des configurations de transducteurs connus qui cherchent en général à maximiser le nombre de transducteurs pour chacun des étages afin de permettre un cisaillement vibratoire plus important appliqué au mélange.
Selon une quatrième règle de construction, le nombre de transducteurs à chaque étage est au moins égal au nombre de transducteur de l'étage précédent. Autrement dit, nci+1 > ne,. L'augmentation du nombre de transducteurs sur les derniers étages d'un motif permet d'accélérer le procédé et de traiter des volumes important de mélange.
Selon une cinquième règle de construction, le nombre d'étages successifs comportant un même nombre k de transducteurs est décroissant. Autrement dit, nk+1 < nk. Cette cinquième règle de construction diffère également des configurations de transducteurs connus qui cherchent à ce que les étages comportent plus de transducteurs et appliquent plus d'énergie vibratoire au mélange pour accélérer le traitement du mélange.
Selon une sixième règle de construction, Il doit y avoir au moins quatre étages sur le tube 3. Autrement dit, e =∑^k=1 nk≥ 4 Selon une septième règle de construction, pour deux étages successifs ayant le même nombre de transducteurs, ceux-ci sont placés sur les mêmes faces du polygone constituant la section du tube dans lequel circule le mélange à traiter.
Selon une huitième règle de construction, certains étages comprennent deux transducteurs et certains étages comprennent trois transducteurs. De préférence, plus de 50% des étages comprennent 2 transducteurs. De façon encore plus préférentielle, entre 50% et 75% des étages comprennent 2 transducteurs.
Selon une neuvième règle de construction, la distance d entre les étages consécutifs peut être variable. La distance d est notamment inférieure à trente centimètres, préférentiellement comprise entre dix et vingt centimètres. Selon une dixième règle de construction, il est possible de multiplier le nombre de transducteurs 6 d'un motif pour diminuer la durée du traitement du mélange 2. Dans la suite, un étage sans transducteur peut être considéré comme un espacement entre deux étages adjacents. Les figures 10A à 10M représentent des configurations possibles établis à partir des règles de construction décrites ci-dessus. Sur ces figures, les transducteurs représentés en blanc sont actifs tandis que les transducteurs représentés en foncé et en pointillé sont alors inactifs, c'est- à-dire qu'ils n'émettent pas d'énergie vibratoire lors du traitement du mélange 2 (ce qui correspond de facto à une absence de transducteur).
Exemples des règles de configurations des transducteurs
Exemple comparatif concernant la troisième règle de construction Une émulsion à 30% en phase continue est réalisée avec 2000 g d'eau déminéralisée à vingt degrés Celsius et 860 g d'huile essentielle de menthe à vingt degrés Celsius. Le pré-mélange de l'émulsion est fait par sonication. Elle est ensuite traitée durant quatre heures par des transducteurs piézoélectriques disposés sur les trois faces d'un tube inox à section triangulaire. Les étages de transducteurs sont distants de 10 centimètres. Un pH-stat ainsi qu'une pompe à soude (0.1 % en masse) permettent de maintenir le pH de l'émulsion à 8. Un cryostat réglé à dix degrés Celsius permet de maintenir constante la température de l'émulsion durant le traitement. L'émulsion circule dans le pilote à une vitesse de 60 g/min.
Avec une configuration de transducteurs comprenant des étages de deux et trois transducteurs sur cinq étages mais dont les premiers étages comprennent 2 transducteurs, (2, 2, 2, 3, 3), l'émulsion réalisée ne présente aucune séparation de phase après 30 jours de stockage à température ambiante.
Avec une configuration de transducteurs comprenant des étages de deux et trois transducteurs sur cinq étages en alternance (2, 3, 2, 3, 2), environ 6% de l'huile émulsionnée se sépare de l'émulsion après 30 jours de stockage à température ambiante, qui présente donc une séparation de phase.
Avec une configuration de transducteurs comprenant des étages de deux et trois transducteurs sur cinq étages mais dont les premiers étages comprennent 3 transducteurs, (3, 3, 2, 2, 2), environ 25% de l'huile émulsionnée se sépare de l'émulsion après 30 jours de stockage à température ambiante, qui présente donc une séparation de phase.
Ainsi, une configuration commençant par des étages comprenant deux transducteurs permet d'obtenir une meilleure stabilité du mélange traité conformément à la troisième règle de construction précisée ci-dessus. Exemple comparatif concernant la sixième règle de construction
Une émulsion à 30% en phase continue est réalisée avec 2000 g d'eau déminéralisée à vingt degrés Celsius à laquelle est ajouté progressivement 860 g d'huile de tournesol à vingt degrés Celsius. Un système d'émulsification membranaire permet l'ajout de l'huile au cours du traitement. L'émulsion est traitée durant quatre heures par des transducteurs piézoélectriques disposés sur les faces d'un tube inox à section triangulaire. Les étages de transducteurs sont distants de 10 centimètres. Un pH-stat ainsi qu'une pompe à soude (0.1 % en masse) permettent de maintenir le pH de l'émulsion à 7. Un cryostat réglé à dix degrés Celsius permet de maintenir constante la température de l'émulsion durant le traitement. L'huile est ajoutée à une vitesse de 10 g/min. L'émulsion circule dans le pilote à une vitesse de 900 g/min.
Avec une configuration de transducteurs comprenant des étages de deux et trois transducteurs sur quatre étages (2, 2, 3, 3), l'émulsion réalisée ne présente aucune séparation de phase après 30 jours de stockage à température ambiante.
Avec une configuration de transducteurs comprenant des étages de deux et trois transducteurs sur trois étages (2, 2, 3), environ 22% de l'huile émulsionnée se sépare de l'émulsion après 30 jours de stockage à température ambiante, et présente donc une séparation de phase.
Avec une configuration de transducteurs comprenant des étages de deux et trois transducteurs sur deux étages (2, 3), environ 61 % de l'huile émulsionnée se sépare de l'émulsion après 30 jours de stockage à température ambiante, et présente donc une séparation de phase.
Ainsi, une configuration comprenant au moins quatre étages de transducteurs permet d'obtenir une meilleure stabilité du mélange traité conformément à la sixième règle de construction précisée ci-dessus.
Exemple comparatif concernant la huitième règle de construction
Une émulsion est réalisée avec 1500 g d'eau déminéralisée à soixante-dix degrés Celsius à laguelle est ajouté progressivement 1500 g de beurre de karité à 70 degrés Celsius. Elle est traitée durant guatre heures par des transducteurs piézoélectrigues disposés sur les trois faces d'un tube inox à section triangulaire. Les étages de transducteurs sont distants de 8 centimètres. Un pH-stat ainsi gu'une pompe à soude (0.1 % en masse) permettent de maintenir le pH de l'émulsion à 8. Un cryostat réglé à 70 degrés Celsius permet de maintenir constante la température de l'émulsion durant le traitement. Un système de pré-mélange mécanigue est utilisé en amont du tube. Le beurre est ajouté progressivement au niveau du pré-mélange à une vitesse de 10 g/min. Le mélange circule dans le dispositif à une vitesse de 900 g/min. Avec une configuration de transducteurs comprenant des étages de deux et trois transducteurs sur cinq étages (2, 2, 2, 3, 3), l'émulsion réalisée ne présente aucune séparation de phase après 30 jours de stockage à température ambiante, celle-ci étant stable.
Avec une configuration mise en œuvre comprenant uniquement des étages de deux transducteurs sur cinq étages (2, 2, 2, 2, 2), l'émulsion réalisée présente une importante séparation de phase après 30 jours de stockage à température ambiante. En particulier, environ 45% du beurre de karité émulsionné se sépare de l'émulsion.
Avec une configuration mise en œuvre comprenant uniquement des étages de trois transducteurs sur cinq étages (3, 3, 3, 3, 3), l'émulsion réalisée présente une importante séparation de phase après 30 jours de stockage à température ambiante. En particulier, environ 72% du beurre de karité émulsionné se sépare de l'émulsion.
Ainsi, une configuration comprenant à la fois des étages de deux transducteurs et des étages de trois transducteurs permet d'obtenir une meilleure stabilité du mélange traité conformément à la huitième règle de construction précisée ci-dessus.
Une émulsion à 30% est réalisée avec 2000 g d'eau déminéralisée à vingt degrés Celsius et 860 g d'huile de colza à vingt degrés Celsius. Le pré-mélange de l'émulsion est fait via un homogénéisateur haute pression. Elle est ensuite traitée durant quatre heures par des transducteurs piézoélectriques disposés sur les trois faces d'un tube inox à section triangulaire. Les étages de transducteurs sont distants de 6 centimètres. Un pH-stat ainsi qu'une pompe à soude (0.1 % en masse) permettent de maintenir le pH de l'émulsion à 8. Un cryostat réglé à dix degrés Celsius permet de maintenir constante la température de l'émulsion durant le traitement. L'émulsion circule dans le pilote à une vitesse de 60 g/min.
Avec une configuration de transducteurs comprenant 50% d'étages de deux transducteurs et 50% d'étages de trois transducteurs sur quatre étages (2, 2, 3, 3), l'émulsion réalisée ne présente aucune séparation de phase après 30 jours de stockage à température ambiante, celle-ci étant stable.
Avec une configuration de transducteurs comprenant 75% d'étages de deux transducteurs et 25% d'étages de trois transducteurs sur quatre étages (2, 2, 2, 3), l'émulsion réalisée ne présente aucune séparation de phase après 30 jours de stockage à température ambiante, celle-ci étant stable.
Avec une configuration de transducteurs comprenant 25% d'étages de deux transducteurs et 75% d'étages de trois transducteurs sur quatre étages (2, 3, 3, 3), l'émulsion réalisée présente une importante séparation de phase après 30 jours de stockage à température ambiante. En particulier, environ 7% de l'huile émulsionnée se sépare de l'émulsion. Ainsi, une configuration comprenant au moins 50% d'étages de deux transducteurs permet d'obtenir une meilleure stabilité du mélange traité conformément à la huitième règle de construction précisée ci-dessus. Exemple comparatif concernant la neuvième règle de construction
Une émulsion à 30% en phase continue est réalisée avec 2000 g d'eau déminéralisée à vingt degrés Celsius à laquelle est ajouté progressivement 860 g d'huile de paraffine liquide, très apolaire, à vingt degrés Celsius. Elle est traitée durant quatre heures par des transducteurs piézoélectriques disposés sur les trois faces d'un tube inox à section triangulaire. Les étages de transducteurs sont distants de 20 centimètres. Un pH-stat ainsi qu'une pompe à soude (0.1 % en masse) permettent de maintenir le pH de l'émulsion à 8. Un cryostat réglé à dix degrés Celsius permet de maintenir constante la température de l'émulsion durant le traitement. Un système de pré-mélange mécanique et une pompe péristaltique permettant l'ajout d'huile au cours du traitement sont utilisés en amont des transducteurs. L'huile est ajoutée à une vitesse de 10 g/min. L'émulsion circule dans le pilote à une vitesse de 60 g/min.
Avec une configuration de transducteurs comprenant des étages de deux et trois transducteurs sur cinq étages (2, 2, 2, 3, 3), l'émulsion réalisée ne présente aucune séparation de phase après 30 jours de stockage à température ambiante.
Avec une configuration de transducteurs comprenant des étages de deux et trois transducteurs sur cinq étages en alternance avec des étages ne comprenant aucun transducteurs (2, 0, 2, 0, 2, 0, 3, 0, 3), l'émulsion réalisée ne présente aucune séparation de phase après 30 jours de stockage à température ambiante. Selon cette configuration, deux étages consécutifs comprenant des transducteurs sont distants de 18 centimètres.
Avec une configuration de transducteurs comprenant des étages de deux et trois transducteurs sur cinq étages en alternance avec des étages ne comprenant aucun transducteurs (2, 0, 0, 2, 0, 0, 2, 0, 0, 3, 0, 0, 3), l'émulsion réalisée présente une importante séparation de phase après 30 jours de stockage à température ambiante. En particulier, environ 75% de l'huile émulsionnée se sépare de l'émulsion. Selon cette configuration, deux étages consécutifs comprenant des transducteurs sont distants de 28 centimètres.
Ainsi, une variation de la distance d entre les étages de transducteurs n'influe pas sur la stabilité du mélange traité conformément à la neuvième règle de construction précisée ci- dessus. Il est toutefois nécessaire que les étages de transducteurs 6 restent suffisamment rapprochés et notamment séparés d'une distance d inférieure à vingt-huit centimètres. Exemple comparatif concernant la dixième règle de construction
Une émulsion à 30% en phase continue est réalisée avec 2000 g d'eau déminéralisée à vingt degrés Celsius à laquelle est ajouté progressivement 860 g d'huile d'olive à vingt degrés Celsius. Elle est traitée durant quatre heures par des transducteurs piézoélectriques disposés sur les trois faces d'un tube inox à section triangulaire. Les étages de transducteur sont distants de 1 ,5 centimètre. Un pH-stat ainsi qu'une pompe à soude (0.1 % en masse) permettent de maintenir le pH de l'émulsion à 8. Un cryostat réglé à dix degrés Celsius permet de maintenir constante la température de l'émulsion durant le traitement. Un système de pré-mélange mécanique et une pompe péristaltique permettant l'ajout d'huile au cours du traitement sont utilisés en amont des transducteurs. L'huile est ajoutée à une vitesse de 10 g/min. L'émulsion circule dans le pilote à une vitesse de 60 g/min.
Avec une configuration comprenant des étages de deux et trois transducteurs sur quatre étages (2, 2, 3, 3) et une durée de traitement de quatre heures, l'émulsion réalisée ne présente aucune séparation de phase après 30 jours de stockage à température ambiante.
Avec une configuration comprenant des étages de deux et trois transducteurs sur huit étages (2, 2, 3, 3, 2, 2, 3, 3) et une durée de traitement de deux heures, l'émulsion réalisée ne présente aucune séparation de phase après 30 jours de stockage à température ambiante. Avec une configuration comprenant des étages de deux et trois transducteurs sur huit étages (2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3) et une durée de traitement de deux heures, l'émulsion réalisée ne présente aucune séparation de phase après 30 jours de stockage à température ambiante. Avec une configuration comprenant des étages de deux et trois transducteurs sur quatre étages (2, 2, 3, 3) et une durée de traitement de deux heures, Environ 43% de l'huile émulsionnée se sépare de l'émulsion après 30 jours de stockage à température ambiante.
Ainsi, la durée de traitement ainsi que le nombre d'étages de transducteurs influent sur la stabilité du mélange traité conformément à la dixième règle de construction précisée ci-dessus.
Exemple de mélange On décrit ci-après des exemples de mélange traité selon le procédé de l'invention. Réalisation de liposomes dans une phase aqueuse
Une émulsion à 90% en phase continue est réalisée avec 900 g d'eau déminéralisée à vingt degrés Celsius à laquelle est ajoutée 100 g de phospholipides à vingt degrés Celsius. Elle est traitée durant deux heures par des transducteurs piézoélectriques disposés sur les trois faces d'un tube inox à section triangulaire. La configuration mise en œuvre comprend des étages à deux transducteurs et des étages à trois transducteurs sur quatre étages (2, 2, 3, 3). Chacun des étages de transducteurs sont distants de 6 centimètres. Le pH du mélange est maintenu à 6,5 durant le traitement. Un cryostat réglé à dix degrés Celsius permet de maintenir constante la température du mélange durant le traitement. Un pré-mélange mécanique est réalisé préalablement à la mise en circulation des phases dans le tube 3. La dispersion circule dans le tube à une vitesse de 60 g/min.
A l'issue du traitement, une observation microscopique telle que représentée sur la figure 1 1 B révèle la présence de liposomes dans le mélange 2 ayant un diamètre de l'ordre de 200 nanomètres. La figure 1 1A représente notamment la répartition granulométrique de ces liposomes dans le mélange 2. Après 30 jours de stockage à température ambiante, le mélange 2 réalisée ne présente aucune séparation de phase.
Réalisation de vecteurs de coenzyme Q10
Une émulsion à 15% en phase continue est réalisée avec 1800g d'eau déminéralisée à vingt degrés Celsius et un mélange de 167 g d'huile de colza de 33g de coenzyme Q10 à vingt degrés Celsius. Le pré-mélange de l'émulsion est fait via un homogénéisateur haute pression. Elle est ensuite traitée durant quatre heures par des transducteurs piézoélectriques disposés sur les trois faces d'un tube inox à section triangulaire. La configuration mise en œuvre comprend des étages de deux transducteurs et de trois transducteurs sur quatre étages (2, 2, 3, 3). Chacun des étages de transducteurs sont distants de 6 centimètres. Un pH-stat ainsi qu'une pompe à soude (0.1 % en masse) permettent de maintenir le pH de l'émulsion à 8. Un cryostat réglé à dix degrés Celsius permet de maintenir constante la température de l'émulsion durant le traitement. L'émulsion circule dans le pilote à une vitesse de 60 g/min.
Une telle émulsion permet ainsi d'obtenir une vectorisation de coenzyme Q10, disposant de toutes les propriétés, notamment anti-oxydante, de la molécule d'intérêt Après 30 jours de stockage à température ambiante, l'émulsion réalisée ne présente aucune séparation de phase. Réalisation d'une suspension de poudre
Une suspension à 5% en phase continue est réalisée avec 1425 g d'eau déminéralisée à vingt degrés Celsius et un mélange de 75 g d'un oxyde de fer en poudre à vingt degrés Celsius. Le pré-mélange de l'émulsion est fait via un système d'agitation mécanique. Elle est ensuite traitée durant quatre heures par des transducteurs piézoélectriques disposés sur les trois faces d'un tube inox à section triangulaire. La configuration mise en œuvre comprend des étages de deux transducteurs et de trois transducteurs sur quatre étages (2, 2, 3, 3). Chacun des étages de transducteurs sont distants de 8 centimètres. Un pH-stat ainsi qu'une pompe à soude (0.1 % en masse) permettent de maintenir le pH de l'émulsion à 8. Un cryostat réglé à dix degrés Celsius permet de maintenir constante la température de l'émulsion durant le traitement. L'émulsion circule dans le pilote à une vitesse de 600 g/min.
Après 30 jours de stockage à température ambiante, la suspension réalisée ne présente aucune séparation de phase.
Réalisation d'émulsions inverses Plusieurs essais ont été effectués avec différentes huiles : beurre anhydre et huile d'olive pour le secteur alimentaire, beurre de karité et huile essentielle d'origan pour la cosmétique.
Les mélanges 2 ont été faits comme suit :
Figure imgf000023_0001
Les figures 3 à 6 illustrent la dispersion granulométrique des gouttelettes d'eau qui restent en suspension dans la phase lipidique formant ainsi une émulsion inverse.
Par ailleurs, les émulsions inverses peuvent être caractérisées par diffraction dynamique de la lumière. En particulier, la figure 7 représente la répartition granulométrique de gouttelettes d'eau (5%) en émulsion inverse (E/H) dans de l'huile d'olive (95%) après six heures de traitement selon le procédé. Comme cela est visible sur cette figure 7, les gouttelettes ont un diamètre inférieur à 500 nanomètres et 90% de la population présente un diamètre inférieur à 314 nanomètres. Le diamètre moyen des gouttelettes de cette émulsion est de 175 nanomètres. Etude de stabilité
Une émulsion d'eau dans de l'huile d'olive telle que réalisée référencé 4 ci-dessus a été stockée à température ambiante pendant une durée de deux ans. La figure 8 montre ainsi la répartition granulométrique des particules de l'émulsion mesurée juste après son traitement (courbe en trait plein) ainsi que mesurée suite à son stockage de deux ans (en trait pointillé). La mesure de la répartition granulométrique de l'émulsion deux ans après son traitement montre que les gouttelettes d'eau ont légèrement augmenté de taille ce qui traduit un très léger phénomène de coalescence après la longue durée de stockage de l'émulsion. Cependant, cette émulsion ne montre pas de phénomène de séparation de phase et la taille moyenne des gouttelettes reste de l'ordre de 100nm à 200 nanomètres. En outre, l'émulsion stockée pendant une durée de deux ans ne montre pas de phénomène apparent de déstabilisation, de séparation de phase, ni de décantation de l'eau. Le procédé est d'application générale dans tous les secteurs de l'industrie, et trouve une application particulièrement intéressante lorsque l'utilisation d'émulsifiants dans un mélange peut poser des problèmes de confort, d'irritation, d'allergie ou d'intolérance comme par exemple dans les secteurs de l'agroalimentaire, la dermatologie, la cosmétique, les produits de relaxation et la pharmacie. D'autres secteurs intéressants sont par exemple la peinture ou les polymères. Bien entendu, la suppression d'émulsifiants permet de réduire les coûts, et présente donc un attrait dans toutes les préparations d'émulsions à l'échelle industrielle. Les mélanges traités par le procédé selon l'invention peuvent être des crèmes, des lotions, des sprays et toute autre forme de distribution de produit pharmaceutique et/ou cosmétique. Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de fonctionnement décrits précédemment, pouvant être pris séparément ou en association.
Ainsi, on peut également envisager de traiter le mélange, non pas par traitement continu dans un tube, mais par des étapes de traitement successives dans plusieurs récipients comprenant chacun un ou plusieurs transducteurs opérant à hautes fréquences. En particulier, le mélange 2 peut être traité tout d'abord dans un premier récipient dans lequel le ou les transducteurs opèrent à une fréquence F1 puis être transféré ensuite dans un deuxième récipient dans lequel le ou les transducteurs opèrent à une fréquence F2 différente de la fréquence F1 , et ainsi de suite si nécessaire jusqu'au traitement complet du mélange. Cela permet d'obtenir ainsi mélange stable par l'application successive d'énergie vibratoire selon différentes fréquences F2.

Claims

Revendications
1. Procédé de traitement d'un mélange (2) comprenant au moins une première phase (2a) et une seconde phase (2b) non miscibles l'une avec l'autre, le procédé comprenant les étapes consistant à :
- faire circuler le mélange (2) dans un tube (3) comprenant une paroi (4) et s'étendant entre une portion d'entrée (3a) et une portion de sortie (3b), et
- appliquer une énergie vibratoire au mélange (2) au moyen d'une pluralité de transducteurs (6) disposés sur la paroi (4) du tube (3) et opérant à une fréquence supérieure à 900 kHz, l'énergie vibratoire permettant de disperser la première phase (2a) dans la seconde phase (2b), dans lequel les transducteurs (6) sont disposés selon plusieurs positions formant plusieurs étages successifs de traitement le long du tube (3), avec au moins sur un étage une disposition de transducteurs actifs non régulièrement répartis sur le pourtour du tube (3).
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la première phase (2a) est une phase aqueuse tandis que la seconde phase (2b) est une phase lipidique, ou inversement.
3. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel au moins un étage est tel qu'il est dépourvu de deux transducteurs (6) disposés face à face et parallèles l'un à l'autre.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la section transversale de la paroi (4) du tube (3) est polygonale, la section polygonale comprenant un nombre impair de côtés (p).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'application de l'énergie vibratoire est adaptée pour former une émulsion et/ou des liposomes et/ou des éléments de vectorisation de principe actif.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le mélange (2) ne comprend pas d'émulsifiant ajouté.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le mélange (2) une fois traité est stable pendant au moins deux semaines, voire au moins deux ans à température ambiante.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le nombre de transducteurs à chaque étage est supérieur ou égal au nombre de transducteurs de l'étage précédent.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la paroi (4) délimite un espace intérieur (5) dans lequel on fait circuler le mélange (2), les transducteurs (6) étant disposés sur la paroi (4) en dehors de l'espace intérieur (5).
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les transducteurs (6) sont adaptés pour opérer à des fréquences différentes (F1 , F2, F3), les transducteurs (6) étant disposés dans un ordre de fréquence croissant sur le tube (3).
1 1. Dispositif (1 ) pour un traitement d'un mélange (2) comprenant au moins une première phase (2a) et une seconde phase (2b) non miscibles l'une avec l'autre, le dispositif (1 ) comprenant un tube (3) comprenant une paroi (4) et s'étendant entre une portion d'entrée (3a) et une portion de sortie (3b), des transducteurs (6) opérant à une fréquence supérieure à 900 kHz étant disposés sur la paroi (4) du tube (3) et étant adaptés pour appliquer une énergie vibratoire au mélange (2).
12. Dispositif (1 ) selon la revendication 1 1 , dans lequel la section transversale de la paroi (4) du tube (3) est polygonale, la section polygonale comprenant un nombre impair de côtés (p).
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