WO2024246346A1 - Extraction de collagène natif d'écailles de poisson - Google Patents

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tank
scales
fish scales
native collagen
extraction
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Arnaud PETITPAS
Erik DE LAURENS
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    • A23J1/10—Obtaining protein compositions for foodstuffs; Bulk opening of eggs and separation of yolks from whites from hair, feathers, horn, skins, leather, bones, or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07K—PEPTIDES
    • C07K14/00—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • C07K14/435—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • C07K14/78—Connective tissue peptides, e.g. collagen, elastin, laminin, fibronectin, vitronectin or cold insoluble globulin [CIG]

Definitions

  • the invention relates to the extraction of native collagen from fish scales.
  • the fishing and aquaculture industries produce large quantities of waste, of which fish scales are one of the least valued co-products. Several hundred thousand tons of fish scales are in fact generated each year by the fishing and aquaculture industries. Today, fish scales are very little valued co-products. However, the collagen and hydroxyapatite that make up the scales are molecules of interest with high added value.
  • Collagen is the most widespread biopolymer in the animal world. It is a polypeptide chain composed of amino acids, present in particular in skin and bones. Porcine, ovine or marine skins and bones are also the most common sources of collagen and its hydrolyzed form, gelatin. These components are very useful for the food industry, where they are used as a binder and texturizing agent. Cosmetics and nutraceuticals are also important markets, particularly due to the biocompatible nature of collagen. This is also true for the biomedical industry, which is also in increasing demand for native collagen, although on a smaller scale. Hydroxyapatite is a biomineral also present in the mineralized structures of the animal world. It has interesting properties, particularly for the nutraceutical, biomedical and cosmetic sectors.
  • An enzymatic hydrolysis step can be added to, or replace, the acetic acid extraction phase to improve yield.
  • This extraction method has several drawbacks. First, it does not follow the precepts of green chemistry with the use of many chemical agents. In addition, the various hydrolyses are difficult to control, which can lead to denaturation of the extracted molecules of interest. The collagen chains are cut randomly, the nature of the peptides produced being therefore difficult to predict and control.
  • the invention therefore aims to provide a device for extracting native collagen from fish scales that is faster and less energy-intensive than the methods of the prior art.
  • the invention also makes it possible to obtain a higher yield than the prior art and a high purity rate.
  • the invention makes it possible to obtain native collagen fibers that retain a natural structure.
  • the extraction device makes it possible to do without chemicals and solubilization of the collagen, which avoids denaturing the extracted collagen fibers.
  • Such extraction makes it possible, in a time varying between 10 seconds and 3 minutes, to obtain an optimal level of purity of native collagen fibers comprising only an impurity rate varying between 0.3% and 20%.
  • FIG. 1 is a sectional view of a device for mechanical extraction of native collagen from fish scales according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a method for mechanically extracting native collagen from fish scales according to one embodiment of the invention.
  • Native collagen means undenatured collagen, having retained its triple helix conformation.
  • Mechanical extraction means extraction of native collagen not requiring the use of chemicals such as those mentioned above, for example by successive baths.
  • the fish scales are conventionally washed and then dried before the mechanical extraction phase of native collagen.
  • the extraction device 2 it is possible for the extraction device 2 to comprise means for cleaning and drying the fish scales before mechanical extraction of the native collagen.
  • the extraction device can receive fish scales that have already been washed and dried.
  • the means for cleaning fish scales may include at least a bath of clear water, preferably slightly acidic, to rinse the fish scales. It may also be cleaning by enzymatic washing.
  • the means for drying fish scales may be formed by at least one support grid and at least one hot air blower.
  • the drying means are supplied with energy by a renewable energy source and/or waste energy.
  • the extraction device 2 comprises a tank 4 intended to receive the dried fish scales.
  • the latter comprises at least one opening for introducing fish scales.
  • the tank 4 is preferably made from an alloy of greater hardness than hydroxyapatite. This limits the pollution of the native collagen fibers by steel particles.
  • the tank 4 can be made at least partly from stainless steel (this also makes cleaning the tank 4 easier).
  • the tank 4 is arranged on an axis 6 so as to be able to tilt. This possibility of tilting makes it possible to simplify the emptying of the tank 4.
  • an inclination of the tank 4 also allows a separation of the native collagen from the other components derived from the fish scales. To allow such tilting, the tank 4 is positioned on a tilting axis, facilitating the separation of the phases by gravity during the process.
  • the volume of the tank 4 can be adjustable, in particular according to the volume of fish scales introduced into the tank 4. Indeed, it is preferable to limit the movement of the fish scales in the tank 4 in order to facilitate the defibration by shearing of the fish scales and therefore the extraction of native collagen. To do this, it is possible to provide means for adjusting the height of the closing member 8 on the tank 4. These adjustment means can be formed by adjustment screws 10 as can be seen in the .
  • the closing member can therefore adopt a U-shaped section (it can for example be a cylinder having a wall at one of its ends if the tank has a circular opening). Each adjustment screw 10 collaborates with two supports 12 crossed by threaded orifices, one carried by the tank 4 and the other by the closing member 8.
  • the extraction device 2 also comprises rotating motorized blades 14 and 14’, arranged in the tank 4 and sized to defiber the fish scales.
  • the latter act like flails when they are rotated, which allows the defibering of the fish scales present in the tank 4.
  • the motorized blades 14 and 14’ are rotated by the axis 6, directly or indirectly connected to a motor 16.
  • the motorized blades 14 and 14’ are removably mounted on the axis 6. This allows easy maintenance and modularity of the extraction device 2 with replacement of motorized blades of a given shape by other motorized blades of another shape.
  • the motorized blades could be part of a rotating block made in one piece.
  • At least one motorized blade here the motorized blade 14 can be formed by a metal bar, for example of rectangular cross section, comprising a central portion 18 preferably perforated (i.e. comprising a through orifice) connected to the axis 6 and at least one terminal portion, here two terminal portions 18', forming an angle of between 30° and 70° with the central portion (the angle is approximately equal to 45° on the ).
  • at least one motorized blade, here the motorized blade 14' can be flat and preferably also perforated.
  • the shape of at least part of the motorized blades makes it possible to avoid stagnation of the fish scales in the tank 4.
  • the flat motorized blade 14' is placed at the bottom of the tank 4 to avoid such stagnation.
  • the axis 6 is connected to a motor 16.
  • This motor 16 can be sized to allow rotation of the motorized blades 14 and 14' between 5,000 and 30,000 revolutions per minute, preferably between 15,000 and 25,000 revolutions per minute, this speed range being the most suitable.
  • the rotation speed of the motorized blades 14 and 14' is adapted according to the type and quantity of scales in the tank 4.
  • the motor is advantageously coupled to a speed variator. This makes it possible to adjust the rotation speed from one defibering step to another for different batches of scales, or to vary the rotation speed of the motorized blades 14 and 14’ during the same defibering step if this is advantageous.
  • the axle 6 is preferably made of stainless steel, for the same reasons as the tank 4. It is preferably threaded, as is the case on the . This can allow the screwing of the motorized blades 14 and 14' if the through hole of the motorized blades 14 and 14' is threaded.
  • the tightening can in this case be carried out using a tightening bolt 20.
  • At least one spacer can be placed between the successive motorized blades 14 and 14’. The distance separating the motorized blades 14 and 14’ can then be adjusted and thus adapted to the type and volume of scales present in the tank 4.
  • the extraction device further comprises, and as explained above, a closing member 8 of the tank 4 placed at the top of the tank 4.
  • a closing member 8 of the tank 4 placed at the top of the tank 4. This may for example be a solid plate.
  • the extraction device 2 further comprises means for mechanically separating the native collagen fibers from other parts of the fish scales resulting from the defibering.
  • the extraction device 2 may comprise a member for measuring the temperature inside the tank 4, for example a temperature sensor arranged in the tank 4. This makes it possible to identify any heating of the inside of the tank 4 that could denature the collagen fibers. Indeed, to avoid any risk of denaturation of the native collagen, it is preferable to keep the temperature inside the tank below 60°C.
  • the first step 24 may be cleaning (with clear water or enzymatic cleaning) and drying of the fish scales using means described above.
  • step 30 of mechanical separation of the native collagen fibers from other elements resulting from the defibration can be done concomitantly with that of defibration of the fish scales. It can be carried out by the suction system 22 described above. Alternatively, it is possible to mechanically separate the collagen from the other elements resulting from the defibration after defibration, for example by recovering the defibrated scales and then passing them over a vibrating sieve.
  • a step 32 for measuring the temperature inside the tank 4 it is possible to provide a step 32 for measuring the temperature inside the tank 4, for the reasons mentioned above, during the step of defibrating the fish scales.
  • a step 34 for lowering the temperature inside the tank 4 can be implemented by reducing the rotation speed of the motorized blades 14 and 14', by stopping the rotation of the motorized blades 14 and 14', or by injecting at least one cooling agent such as liquid nitrogen.
  • step 36 of micronization of the extracted native collagen fibers for example in a rotor mill, in order to increase the solubility of the collagen in the acid.
  • tilapia Oreochromis niloticus
  • tilapia Oreochromis niloticus
  • Two flat and straight stainless steel motorized blades 14', 13.5 cm long, and a motorized blade 14 of the shape described above (6 centimeters long and 2 centimeters high) are positioned one after the other on the axis 6, the whole being tightened and secured by a tightening bolt 20.
  • a closing member 8 is positioned so that the height of the chamber defined by the tank 4 and the closing member 8 is 7 centimeters.
  • a suction system 22 is installed at the level of the tank 4 to separate the products resulting from the defibration.
  • An air inlet in the tank 4 is provided to avoid creating a vacuum.
  • the speed of the motorized blades is set at 28,000 rotations per minute, and the step 28 of defibration of the fish scales is 1 minute and 30 seconds. After defibration of the fish scales and mechanical separation of the native collagen fibers from other elements resulting from the defibration, 6 grams of pure native collagen are recovered (the impurity rate is less than 2%) in fibrous form.
  • the physicochemical analyses carried out demonstrate that the properties of this collagen are those of a native collagen that has retained its triple helix conformation.
  • This collagen can then be solubilized in an organic or inorganic acid (conventionally acetic acid) or used directly for the formation of biofilms or biomaterials, among others.
  • a suction bag from the suction system 22 contains 14 grams of residue, mainly composed of mineral, with a hydroxyapatite rate greater than 60%. The operation can then be repeated instantly by reloading the tank 4 with fish scales.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'extraction (2) mécanique de collagène natif à partir d'écailles de poisson séchées comprenant : - une cuve (4) dimensionnée pour recevoir un lot d'écailles de poisson, - un organe de fermeture (8) de la cuve (4) placé en haut de la cuve (4), - des pales motorisées (14, 14') rotatives disposées dans la cuve (4) et dimensionnées pour défibrer les écailles de poisson, et - des moyens de séparation mécanique (22) des fibres de collagène natif par rapport à d'autres parties des écailles de poisson issues du défibrage.

Description

extraction de collagène natif d’écailles de poisson
L’invention concerne l’extraction de collagène natif issu d’écailles de poisson.
Les industries de la pêche et de l’aquaculture produisent de grandes quantités de déchets, dont les écailles de poisson sont un des co-produits les moins valorisés. Plusieurs centaines de milliers de tonnes d’écailles de poissons sont en effet générées chaque année par les industries de la pêche et de l’aquaculture. Aujourd’hui les écailles de poisson sont des coproduits très peu valorisés. Le collagène et l'hydroxyapatite qui composent l’écaille constituent pourtant des molécules d’intérêt à haute valeur ajoutée.
Le collagène est le biopolymère le plus répandu dans le monde animal. Il s’agit d’une chaîne polypeptidique composée d’acides aminés, présente notamment dans la peau et les os. Les peaux et os d’origine porcine, ovine ou marine sont d’ailleurs les sources d’approvisionnement les plus communes de collagène et de sa forme hydrolysée, la gélatine. Ces composants sont très utiles pour l’industrie agro-alimentaire, où ils sont utilisés en tant que liant et agent texturant. La cosmétique et le nutraceutique sont également des marchés importants notamment grâce au caractère biocompatible du collagène. Cela est aussi vrai pour l’industrie biomédicale qui est aussi en demande croissante de collagène natif, à une échelle plus réduite cependant. L’hydroxyapatite est un biominéral également présent dans les structures minéralisées du monde animal. Il présente des propriétés intéressantes notamment pour les secteurs de la nutraceutique, du biomédical et de la cosmétique.
Les écailles de poisson sont encore peu utilisées pour l’extraction de collagène natif, les peaux de poissons leur étant préférées. Le procédé conventionnel d’extraction de collagène issu d’écailles de poisson s’inspire directement des procédés d’extraction de collagène issu des peaux. Le collagène issu des écailles de poisson est donc aujourd’hui principalement extrait de manière chimique avec l’utilisation de solutions acides et basiques afin de déstructurer la matière naturelle et d’isoler les molécules ciblées.
La technique d’extraction conventionnelle consiste en un prétraitement à l’aide d’une solution basique forte comme la soude, suivi d’un traitement à base d’acide acétique ou d’acide chlorhydrique. L’EDTA (pour « ethylenediaminetetraacetic acid » ou acide éthylènediaminetétraacétique en français), un agent chélatant complexant les métaux lourds, est souvent utilisé pour déminéraliser les écailles en amont de l’étape d’extraction. Les étapes d’extraction standards de collagène natif en laboratoire sont les suivantes :
  • prétraitement à la soude,
  • déminéralisation des écailles à l’EDTA,
  • extraction du collagène à 4°C à l’aide d’acide acétique,
  • centrifugation,
  • « salting out » (ou précipitation saline en français), pour purifier le collagène,
  • Dialyse, et
  • séchage par lyophilisateur.
Une étape d’hydrolyse enzymatique peut être ajoutée à, ou remplacer la phase d’extraction à l’acide acétique pour améliorer le rendement.
Cette méthode d’extraction présente plusieurs inconvénients. Tout d’abord, elle ne suit pas les préceptes de la chimie verte avec l’utilisation de nombreux agents chimiques. De plus, les diverses hydrolyses sont difficiles à contrôler, ce qui peut conduire à une dénaturation des molécules d’intérêt extraites. Les chaînes de collagène sont découpées de manière aléatoire, la nature des peptides produits étant dès lors donc difficile à prédire et à contrôler.
De plus, cette extraction prend plusieurs jours et présente un rendement limité. Enfin, elle est consommatrice d’une grande quantité d’eau, et l’utilisation d’un lyophilisateur en fin d’extraction consomme une quantité importante d’énergie (de l’ordre de 1500 à 2500 kWh par tonne d’eau évaporée). L’extraction est donc onéreuse et consommatrice d’énergie.
L’invention a donc pour but de fournir un dispositif d’extraction de collagène natif issu d’écailles de poisson qui soit plus rapide et moins énergivore que les procédés de l’art antérieur. L’invention permet également d’obtenir un rendement supérieur à l’art antérieur et un taux de pureté élevé. Enfin, l’invention permet d’obtenir des fibres de collagène natif conservant une structure naturelle.
A cet effet l’invention a pour objet un dispositif d'extraction mécanique de collagène natif à partir d'écailles de poisson séchées comprenant :
  • une cuve dimensionnée pour recevoir un lot d’écailles de poisson,
  • un organe de fermeture de la cuve placé en haut de la cuve,
  • des pales motorisées rotatives disposées dans la cuve et dimensionnées pour défibrer les écailles de poisson, et
  • des moyens de séparation mécanique des fibres de collagène natif par rapport à d'autres parties des écailles de poisson issues du défibrage.
Ainsi, le dispositif d’extraction permet de se passer de produits chimiques et d’une solubilisation du collagène, ce qui évite de dénaturer les fibres de collagène extraites. Une telle extraction permet, en un temps variant entre 10 secondes et 3 minutes, d’obtenir un niveau de pureté de fibres de collagène natif optimal ne comprenant qu’un taux d’impuretés variant entre 0,3% et 20%. Enfin, l’extraction réalisée dans son intégralité de manière mécanique limite considérablement l’utilisation d’eau et la consommation d’énergie.
Suivant d’autres caractéristiques optionnelles du dispositif d’extraction prises seules ou en combinaison :
  • le dispositif d’extraction comprend des moyens de nettoyage et de séchage des écailles de poisson avant placement dans la cuve. On intègre dès lors les moyens de préparation des écailles de poisson au dispositif ;
  • les moyens de nettoyage des écailles de poisson comprennent au moins un bain d’eau claire ;
  • les moyens de séchage des écailles de poisson comprennent au moins une grille de support et au moins un souffleur à air chaud ;
  • les moyens de séchage peuvent être alimentés en énergie par une source d’énergie renouvelable et/ou d’énergie fatale.
  • la cuve est réalisée à partir d’un alliage de dureté supérieure à celle de l’hydroxyapatite. Cela limite la pollution des fibres de collagène natif par des particules d’acier ;
  • la cuve est réalisée au moins en partie en acier inoxydable ;
  • la cuve est disposée sur un axe de manière à pouvoir basculer. Cela facilite le vidage de la cuve ;
  • le dispositif d’extraction comprend des moyens de réglage de la hauteur de l’organe de fermeture sur la cuve. Cela permet d’ajuster le volume de la cuve grâce au placement ajustable de l’organe de fermeture ;
  • les moyens de réglage de la hauteur de l’organe de fermeture sur la cuve comprennent des vis de réglage et/ou des éléments de réglage à crans ;
  • les pales motorisées sont portées par un axe lui-même relié à un moteur ;
  • au moins une pale motorisée est formée par une barre métallique, par exemple de section droite rectangulaire, comprenant une portion centrale perforée reliée à l’axe et au moins une portion terminale formant un angle compris entre 30° et 70° avec la portion centrale ;
  • au moins une pale motorisée est formée par une barre métallique, par exemple de section droite rectangulaire, plane ;
  • le moteur est dimensionné pour permettre une rotation des pales motorisées entre 5 000 et 30 000 tours par minute ;
  • le moteur est couplé à un variateur de vitesse. On règle ainsi la vitesse de rotation des pales motorisées en fonction du type et de la quantité d’écailles présentes dans la cuve ;
  • l’axe est fileté. Cela permet une fixation aisée des pales motorisées sur l’axe ;
  • l’axe est réalisé en acier inoxydable ;
  • au moins une entretoise est disposée sur l’axe entre deux pales motorisées successives ;
  • les moyens de séparation mécanique des fibres de collagène natif par rapport à d'autres parties des écailles de poisson issues du défibrage comprennent au moins un système d’aspiration du contenu de la cuve placé face à une ouverture de la cuve, la cuve comprenant des moyens agencés pour empêcher le passage de collagène natif et autoriser le passage d’hydroxyapatite et d’impuretés. On obtient dès lors une possibilité de séparation du collagène natif des autres produits issus du défibrage de manière concomitante au dit défibrage des écailles de poisson ;
  • le dispositif d’extraction comprend un organe de mesure de la température à l’intérieur de la cuve. Cela permet d’identifier un éventuel échauffement de l’intérieur de la cuve pouvant dénaturer les fibres de collagène ;
  • l’organe de mesure de la température à l’intérieur de la cuve est couplé à un organe d’abaissement de la température à l’intérieur de la cuve . Cela permet d’éviter un éventuel échauffement de l’intérieur de la cuve pouvant dénaturer les fibres de collagène ;
  • l’organe d’abaissement de la température à l’intérieur de la cuve comprend au moins un élément choisi parmi : un système d’arrêt des pales motorisées, un système de limitation de la vitesse de rotation des pale motorisées ou un dispositif d’injection d’au moins un agent refroissant, par exemple d’azote liquide.
L’invention a également pour objet un procédé d'extraction mécanique de collagène natif à partir d'écailles de poisson à l’aide d’un dispositif d’extraction selon l’invention, les étapes du procédé étant les suivantes :
  • nettoyage et séchage des écailles,
  • insertion d'écailles dans la cuve,
  • défibrage mécanique des écailles par mise en rotation des pales motorisées, et
séparation mécanique des fibres de collagène natif par rapport à d'autres parties des écailles de poisson issues du défibrage.
Suivant d’autres caractéristiques optionnelles du procédé d’extraction prises seules ou en combinaison :
  • le nettoyage est choisi parmi un nettoyage à l’eau ou un nettoyage enzymatique ;
  • la hauteur de l’organe de fermeture par rapport à la cuve est choisie en fonction du volume d’écailles de poisson dans la cuve ;
  • la cuve est inclinée lors de l’étape de défibrage mécanique des écailles par mise en rotation des pales motorisées ;
  • les pales motorisées sont mises en rotation à une vitesse comprise entre 5 000 et 30 000 tours par minute, de préférence entre 15 000 et 25 000 tours par minute ;
  • les pales motorisées sont mises en rotation pendant une période comprise entre 10 secondes et 3 minutes ;
  • la vitesse de rotation des pales motorisées varie lors de l’étape de défibrage mécanique des écailles par mise en rotation des pales motorisées ;
  • un système d’aspiration aspire le contenu de la cuve lors de l’étape de défibrage mécanique des écailles par mise en rotation des pales, la cuve comprenant des moyens empêchant la sortie des fibres de collagène natif et autorisant la sortie d’hydroxyapatite et d’impuretés ;
  • la température à l’intérieur de la cuve est mesurée lors de l’étape de défibrage mécanique des écailles par mise en rotation des pales motorisées ;
  • la température à l’intérieur de la cuve est abaissée lors de l’étape de défibrage mécanique des écailles par mise en rotation des pales motorisées ; et
  • la température à l’intérieur de la cuve est abaissée lors de l’étape de défibrage mécanique des écailles par mise en rotation des pales motorisées par diminution de la vitesse de rotation des pales motorisées, par arrêt de la rotation des pales motorisées, ou par injection d’au moins un agent de refroidissement, par exemple de l’azote liquide.
Brève description des figures
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
est une vue en coupe d’un dispositif d’extraction mécanique de collagène natif d’écailles de poisson selon un mode de réalisation de l’invention, et
est une représentation schématique d’un procédé d’extraction mécanique de collagène natif d’écailles de poisson selon un mode de réalisation de l’invention.
 Description détaillée
On se réfère désormais à la illustrant un dispositif d'extraction 2 mécanique de collagène natif à partir d'écailles de poisson séchées. On entend par collagène natif un collagène non dénaturé, ayant conservé sa conformation en triple hélice. On entend par « extraction mécanique » une extraction de collagène natif ne nécessitant pas l’utilisation de produits chimique tels que ceux mentionnés précédemment, par exemple par bains successifs.
Les écailles de poisson sont classiquement lavées puis séchées avant la phase d’extraction mécanique de collagène natif. Pour ce faire, il est possible que le dispositif d’extraction 2 comprenne des moyens de nettoyage et de séchage des écailles de poisson avant extraction mécanique du collagène natif. Alternativement, le dispositif d’extraction peut recevoir des écailles de poisson déjà lavées et séchées.
Les moyens de nettoyage des écailles de poisson peuvent comprendre au moins un bain d’eau claire, de préférence légèrement acide, pour rincer les écailles de poisson. Il peut également s’agir d’un nettoyage par lavage enzymatique.
Concernant les moyens de séchage des écailles de poisson, ils peuvent être formés par au moins une grille de support et au moins un souffleur à air chaud. Avantageusement, les moyens de séchage sont alimentés en énergie par une source d’énergie renouvelable et/ou d’énergie fatale.
Le dispositif d’extraction 2 comprend une cuve 4 destinée à recevoir les écailles de poisson séchées. Cette dernière comprend au moins une ouverture d’introduction d’écailles de poisson.
La cuve 4 est de préférence réalisée à partir d’un alliage de dureté supérieure à celle de l’hydroxyapatite. Cela limite la pollution des fibres de collagène natif par des particules d’acier. Par exemple, la cuve 4 peut être réalisée au moins en partie en acier inoxydable (cela facilité également le nettoyage de la cuve 4).
La cuve 4 est disposée sur un axe 6 de manière à pouvoir basculer. Cette possibilité de basculement permet de simplifier la vidange de la cuve 4. De plus, une inclinaison de la cuve 4 permet également une séparation du collagène natif des autres composants issus des écailles de poisson. Pour permettre un tel basculement, la cuve 4 est positionnée sur un axe de bascule, facilitant la séparation des phases par gravité lors du process.
Le volume de la cuve 4 peut être réglable, notamment en fonction du volume d’écailles de poisson introduit dans la cuve 4. En effet, il est préférable de limiter le mouvement des écailles de poisson dans la cuve 4 afin de faciliter le défibrage par cisaillement des écailles de poisson et donc l’extraction de collagène natif. Pour ce faire, il est possible de prévoir des moyens de réglage de la hauteur de l’organe de fermeture 8 sur la cuve 4. Ces moyens de réglage peuvent être formés par des vis de réglage 10 comme cela est visible sur la . L’organe de fermeture peut dès lors adopter une section en U (il peut par exemple s’agir d’un cylindre ayant une paroi à une de ses extrémités si la cuve a une ouverture circulaire). Chaque vis de réglage 10 collaborent avec deux supports 12 traversés par des orifices filetés, un porté par la cuve 4 et l’autre par l’organe de fermeture 8. Le vissage relatif des vis de réglage 10 sur les supports 12 portés par l’organe de fermeture 8 par rapport à celui des vis de réglage 10 sur les supports portés par la cuve 4 permet de régler la hauteur de l’organe de fermeture 8 de la cuve 4 sur cette dernière. Alternativement à l’utilisation de vis de réglage 10, il est possible d’utiliser un élément de réglage à crans, par exemple à l’aide de couples de tiges crantées placées respectivement sur la cuve 4 et sur l’organe de fermeture 8.
Le dispositif d’extraction 2 comprend également des pales motorisées 14 et 14’ rotatives, disposées dans la cuve 4 et dimensionnées pour défibrer les écailles de poisson. Ces dernières agissent comme des fléaux lorsqu’elles sont mises en rotation, ce qui permet le défibrage des écailles de poisson présentes dans la cuve 4.
Les pales motorisées 14 et 14’ sont mises en rotation par l’axe 6, relié directement ou indirectement à un moteur 16. Les pales motorisées 14 et 14’ sont montées de manière amovible sur l’axe 6. Cela permet une maintenance aisée et une modularité du dispositif d’extraction 2 avec un remplacement de pales motorisées d’une forme donnée par d’autres pales motorisées d’une autre forme. Alternativement, les pales motorisées pourraient faire partie d’un bloc rotatif réalisé d’un seul tenant.
Comme cela est représenté sur la , au moins une pale motorisée, ici la pale motorisée 14 peut être formée par une barre métallique, par exemple de section droite rectangulaire, comprenant une portion centrale 18 de préférence perforée (i.e. comprenant un orifice traversant) reliée à l’axe 6 et au moins une portion terminale, ici deux portions terminales 18’, formant un angle compris entre 30° et 70° avec la portion centrale (l’angle est environ égal à 45° sur la ). Alternativement ou en complément, au moins une pale motorisée, ici la pale motorisée 14’, peut être plane et de préférence perforée elle aussi.
Avantageusement, la forme d’au moins une partie des pales motorisées permet d’éviter une stagnation des écailles de poisson dans la cuve 4. Dans l’exemple illustré, la pale motorisée 14’ plane est placée en fond de cuve 4 pour éviter une telle stagnation.
Comme expliqué ci-dessus, l’axe 6 est relié à un moteur 16. Ce moteur 16 peut être dimensionné pour permettre une rotation des pales motorisées 14 et 14’ entre 5 000 et 30 000 tours par minute, de préférence entre 15 000 et 25 000 tours par minute, cette gamme de vitesse étant la plus adaptée. De manière générale, la vitesse de rotation des pales motorisées 14 et 14’ est adaptée en fonction du type et de la quantité d’écailles dans la cuve 4.
Le moteur est avantageusement couplé à un variateur de vitesse. Cela permet d’ajuster la vitesse de rotation d’une étape de défibrage à une autre pour différents lots d’écailles, ou encore pour faire varier la vitesse de rotation des pales motorisées 14 et 14’ au cours d’une même étape de défibrage si cela est avantageux.
L’axe 6 est de préférence réalisé en acier inoxydable, pour les mêmes raisons que la cuve 4. Il est de préférence fileté, comme c’est le cas sur la . Cela peut permettre le vissage des pales motorisées 14 et 14’ si l’orifice traversant des pales motorisées 14 et 14’ est fileté. Le serrage peut dans ce cas être effectué grâce à un boulon de serrage 20.
Au moins une entretoise peut être placée entre les pales motorisées 14 et 14’ successives. On peut dès lors ajuster la distance séparant les pales motorisées 14 et 14’ et ainsi l’adapter au type et au volume d’écailles présentes dans la cuve 4.
Le dispositif d’extraction comprend en outre, et comme expliqué ci-dessus, un organe de fermeture 8 de la cuve 4 placé en haut de la cuve 4. Il peut par exemple s’agir d’une plaque pleine.
Le dispositif d’extraction 2 comprend en outre des moyens de séparation mécanique des fibres de collagène natif par rapport à d'autres parties des écailles de poisson issues du défibrage.
Dans l’exemple illustré à la , ces moyens de séparation mécanique comprennent au moins un système d’aspiration 22 placé face à une ouverture d’introduction d’écailles de poisson de la cuve 4. Ce système d’aspiration 22 est dimensionné et placé de manière à aspirer le contenu de la cuve 4. Dans ce cas, la cuve 4 comprend des moyens agencés pour empêcher le passage de collagène natif et autoriser le passage d’hydroxyapatite et d’impuretés. La cuve 4 peut par exemple comprendre des ouvertures autorisant l’extraction de la cuve 4 de certains produits issus du défibrage des écailles de poisson, tout en interdisant la sortie de la cuve 4 d’autres produits issus de ce défibrage. On retire dès lors de la cuve 4, de manière concomitante au défibrage par les pales motorisées 14, les autres composants issus du défibrage, tel que l’hydroxyapatite, afin de ne conserver dans la cuve 4 qu’un collagène natif le plus pur possible.
Avantageusement, le dispositif d’extraction 2 peut comprendre un organe de mesure de la température à l’intérieur de la cuve 4, par exemple un capteur de température disposé dans la cuve 4. Cela permet d’identifier un éventuel échauffement de l’intérieur de la cuve 4 pouvant dénaturer les fibres de collagène. En effet, pour éviter tout risque de dénaturation du collagène natif, il est préférable de maintenir la température à l’intérieur de la cuve inférieure à 60°C.
Dans cette même optique de contrôle de la température, il est possible de coupler l’organe de mesure de la température à l’intérieur de la cuve 4 à un organe d’abaissement de la température à l’intérieur de la cuve 4. Cela permet d’éviter un éventuel échauffement de l’intérieur de la cuve pouvant dénaturer les fibres de collagène. Avantageusement, l’organe d’abaissement de la température à l’intérieur de la cuve 4 comprend au moins un élément choisi parmi : un système d’arrêt de la rotation des pales motorisées 14 et 14’, un système de limitation de la vitesse de rotation des pales motorisées 14 et 14’, ou un dispositif d’injection d’au moins un agent refroidissant, par exemple d’azote liquide, par exemple tout autour de la cuve.
En ce qui concerne le procédé d’extraction mécanique de collagène natif à partir d'écailles de poisson à l’aide d’un dispositif d’extraction selon l’invention, la première étape 24 peut être un nettoyage (à l’eau claire ou un nettoyage enzymatique) et un séchage des écailles de poisson à l’aide de moyens décrits plus haut.
Suite à cette étape, un volume d’écailles de poisson est placé à l’intérieur de la cuve 4 (étape 26). Il est ensuite possible de régler la hauteur de l’organe de fermeture 8 sur la cuve 4 comme expliqué plus haut, notamment en fonction du volume d’écailles de poisson introduit dans la cuve 4.
Une étape de défibrage 28 des écailles de poisson par mise en rotation des pales motorisées 14 et 14’ est mise en œuvre. Comme expliqué plus haut, les pales motorisées 14 et 14’ peuvent être mises en rotation à une vitesse comprise entre 5 000 et 30 000 tours par minute, de préférence entre 15 000 et 25 000 tours par minute, pendant une période variant de préférence 10 secondes à 3 minutes. La vitesse de rotation des pales motorisées peut varier lors de l’étape 28 de défibrage des écailles de poisson.
Lors de cette étape 28 de défibrage des écailles de poisson, la cuve 4 peut être inclinée afin de permettre la séparation mécanique des fibres de collagène natif par rapport à d'autres éléments issus du défibrage.
Comme expliqué plus haut et illustré sur la , l’étape 30 de séparation mécanique des fibres de collagène natif par rapport à d'autres éléments issus du défibrage peut se faire de manière concomitante à celle de défibrage des écailles de poisson. Elle peut être effectuée par le système d’aspiration 22 décrit ci-dessus. Alternativement, il est possible de séparer mécaniquement le collagène des autres éléments issus du défibrage après défibrage, par exemple par récupération des écailles défibrées puis passage sur un tamis vibrant.
Il est possible de prévoir une étape 32 de mesure de la température à l’intérieur de la cuve 4, pour les raisons évoquées plus haut, pendant l’étape de défibrage des écailles de poisson. En cas d’augmentation de la température dans la cuve 4 au-dessus d’une valeur seuil, une étape 34 d’abaissement de la température à l’intérieur de la cuve 4 peut être mise en œuvre par réduction de la vitesse de rotation des pales motorisées 14 et 14’, par arrêt de la rotation des pales motorisées 14 et 14’, ou encore par injection d’au moins un agent refroidissant tel que l’azote liquide.
Enfin, il est possible de prévoir une étape 36 de micronisation des fibres de collagène natif extraites, par exemple dans un broyeur à rotors, afin d’augmenter la solubilité du collagène dans l’acide.
Selon un exemple de mise en œuvre de l’invention, 20 grammes d’écailles sèches (taux d’humidité résiduelle autour de 11%) de tilapia (Oreochromis niloticus) sont placés dans la cuve 4 en inox de 14 centimètres de diamètre. Deux pales motorisées 14’ plates et droites en inox, d’une longueur égale à 13,5cm, et un une pale motorisée 14 de la forme décrite ci-dessus (d’une longueur de 6 centimètres et d’une hauteur de 2 centimètres) sont positionnés les unes à la suite des autres sur l’axe 6, le tout étant serré et sécurisé par un boulon de serrage 20.
Avec les vis de réglage 10, un organe de fermeture 8 est positionné de façon à ce que la hauteur de la chambre définie par la cuve 4 et l’organe de fermeture 8 soit de 7 centimètres.
Un système d’aspiration 22 est installé au niveau de la cuve 4 pour réaliser la séparation des produits issus du défibrage. Une entrée d’air dans la cuve 4 est prévue pour éviter de créer un vide. La vitesse des pales motorisées est fixée à 28 000 rotations par minute, et l’étape 28 de défibrage des écailles de poisson est de 1 minute et 30 secondes. Après défibrage des écailles de poisson et séparation mécanique des fibres de collagène natif par rapport à d'autres éléments issus du défibrage, on récupère 6 grammes de collagène natif pur (le taux d’impuretés est inférieur à 2%) sous forme fibreuse.
Les analyses physico-chimiques effectuées démontrent que les propriétés de ce collagène sont celles d’un collagène natif ayant conservé sa conformation en triple hélice. Ce collagène peut ensuite être solubilisé dans un acide organique, ou inorganique, (conventionnellement de l’acide acétique) ou utilisé directement pour la formation de biofilms ou de biomatériaux, entre autres. Un sac d’aspiration du système d’aspiration 22 contient 14 grammes de résidu, majoritairement composé de minéral, avec un taux d’hydroxyapatite supérieur à 60%. L’opération peut ensuite être répétée instantanément en chargeant de nouveau la cuve 4 avec des écailles de poisson.
Liste de références
2 : dispositif d’extraction
4 : cuve
6 : axe
8 : organe de fermeture
10 : vis de réglage
12 : support
14, 14’ : pales rotatives
16 : moteur
18 : portion centrale
18’ : portions terminales
20 : boulon de serrage
22 : système d’aspiration
24 : nettoyage et séchage des écailles de poisson
26 : insertion des écailles de poisson dans la cuve
28 : défibrage des écailles de poisson
30 : séparation mécanique des fibres de collagène natif par rapport à d'autres éléments issus du défibrage
32 : mesure de la température à l’intérieur de la cuve
34 : abaissement de la température à l’intérieur de la cuve
36 : micronisation des fibres de collagène natif

Claims (13)

  1. Dispositif d'extraction (2) mécanique de collagène natif à partir d'écailles de poisson séchées comprenant :
    • une cuve (4) dimensionnée pour recevoir un lot d’écailles de poisson,
    • un organe de fermeture (8) de la cuve (4) placé en haut de la cuve (4),
    • des pales motorisées (14, 14’) rotatives disposées dans la cuve (4) et dimensionnées pour défibrer les écailles de poisson, et
    • des moyens de séparation mécanique (22) des fibres de collagène natif par rapport à d'autres parties des écailles de poisson issues du défibrage.
  2. Dispositif d'extraction (2) selon la revendication 1, comprenant des moyens de nettoyage et de séchage des écailles de poissons avant placement dans la cuve (4).
  3. Dispositif d'extraction (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la cuve (4) est réalisée à partir d’un alliage de dureté supérieure à celle de l’hydroxyapatite.
  4. Dispositif d'extraction (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens de réglage (10, 12) de la hauteur de l’organe de fermeture (8) sur la cuve (4).
  5. Dispositif d'extraction (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un axe (6) portant les pales motorisées et relié à un moteur (16) couplé à un variateur de vitesse.
  6. Dispositif d'extraction (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens de séparation mécanique des fibres de collagène natif par rapport à d'autres parties des écailles de poisson issues du défibrage comprennent au moins un système d’aspiration (22) du contenu de la cuve (4) placé face à une ouverture de la cuve (4), la cuve (4) comprenant des moyens agencés pour empêcher le passage de collagène natif et autoriser le passage d’hydroxyapatite et d’impuretés.
  7. Dispositif d'extraction (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un organe de mesure de la température à l’intérieur de la cuve (4).
  8. Dispositif d'extraction (2) selon la revendication précédente, dans lequel l’organe de mesure de la température à l’intérieur de la cuve (4) est couplé à un organe d’abaissement de la température à l’intérieur de la cuve (4).
  9. Procédé d'extraction mécanique de collagène natif à partir d'écailles de poisson à l’aide d’un dispositif d’extraction selon l’une quelconque des revendications précédentes, les étapes du procédé étant les suivantes :
    • nettoyage et séchage (24) des écailles,
    • insertion (26) d'écailles dans la cuve,
    • défibrage mécanique (28) des écailles par mise en rotation des pales, et
    • séparation mécanique (30) des fibres de collagène natif par rapport à d'autres parties des écailles de poisson issues du défibrage.
  10. Procédé d'extraction selon la revendication 9, dans lequel la hauteur de l’organe de fermeture (8) par rapport à la cuve (4) est choisie en fonction du volume d’écailles de poisson dans la cuve.
  11. Procédé d'extraction selon l’une quelconque des revendications 9 et 10, dans lequel un système d’aspiration (22) aspire le contenu de la cuve (4) lors de l’étape (28) de défibrage mécanique des écailles par mise en rotation des pales motorisées (14, 14’), la cuve (4) comprenant des moyens empêchant la sortie des fibres de collagène natif et autorisant la sortie d’hydroxyapatite et d’impuretés.
  12. Procédé d'extraction selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel la température à l’intérieur de la cuve (4) est mesurée lors de l’étape (28) de défibrage mécanique des écailles par mise en rotation des pales motorisées (14, 14’).
  13. Procédé d'extraction selon la revendication 12, dans lequel la température à l’intérieur de la cuve (4) est abaissée lors de l’étape (28) de défibrage mécanique des écailles par mise en rotation des pales.
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