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BREVET D'IMPORTATION "PERFECTIONNEMENTS A L'ELIMINATION DE L'HUILE ET DU COLORANT
DANS LA FABRICATION DE LA ZEINE.
Cette invention est relative à un procédé perfectionné permettant d'obtenir des solutions concentrées de zéine à partir de protéines mixtes du mais. Elle concerne plus particulièrement un procédé permettant d'obtenir la zéine en solution concentrée de teneur réduite en huile et en colorant et de plasticité non modifiée.
On sait qu'on peut extraire la zéine de la farine de mais ou de protéines mixtes de mais, telles que la farine de gluten, par une extraction réalisée à l'aide de solvants alcooliques aqueux. On connait aussi divers procédés permettant de concentrer et purifier les extraits résultants.
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Les procédés utilisés jusqu'à ce jour étaient toutefois principalement destinés aux préparations en laboratoire et ne conviennent pas pour la production d'une zéine purifiée devant être utilisée dans la fabrication des matières.plastiques. Pour cet usage, en plus des propriétés chimiques ou adhésives du produit, sa nature physique est extrêmement importante. Il est nécessaire que la matière soit sous une forme qui se prête à un écoulement plastique à des températures convenables en présence d'agents de durcissement tels que la formaldéhyde. Les procédés antérieurs ont soit modifié la plasticité de la zéine à un degré regrettable, soit entraîné le traitement de solutions si diluées que le procédé était rendu pratiquement irréalisable du point de vue commercial.
Suivant l'invention, la zéine est maintenue en solution pendant toute la durée du procédé, de sorte que sa plasticité n'est pas diminuée par des changements d'état tels que la précipitation ou la gélification. L'invention sera illustrée par deux exemples de réalisation. Le premier consiste essentiellement à épuiser la matière à base de protéines par un mélange solvant alcoolique aqueux de faible teneur en eau, à concentrer l'extrait résultant et à traiter l'extrait concentré par un solvant organique et miscible à l'alcool qui dissout l'huile et le colorant mais qui ne dissout pas la zéine, de telle sorte que la zéine se sépare sous forme d'une solution alcoolique plus concentrée et que l'huile et le colorant sont éliminés.
Le second mode de réalisation consiste essentiellement à incorporer
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un peu de solvant du colorant au solvant de la zéine dans l'opération d'épuisement préliminaire et à traiter alors l'extrait, le cas échéant après l'avoir concentré, par de nouvelles quantités de solvant du colorant.
On effectue l'extraction à l'aide d'un solvant alcoolique aqueux contenant 5 à 10 % ou davantage d'eau, de préférence 7 - 8 %. On peut utiliser jusqu'à 20 % d'eau ou davantage si la tolérance en zéine de la solution en question n'est pas dépassée. Le solvant peut comprendre de l'alcool éthylique aqueux pur ou d'autres solvants convenables tels que l'alcool méthylique ou des mélanges d'alcools avec d'autres solvants organiques.
L'extraction peut être réalisée de toute manière connue, mais, si la zéine est destinée à être utilisée pour des usages plastiques, il est préférable d'appliquer le procédé suivant lequel l'extraction est réalisée au-dessous de 70 C et, de préférence, entre 55 et 65 0 et sous des concentrations en ions d'hydrogène telles que le pH de l'extrait final soit supérieur à 6 et, de préférence, compris entre 6 et 7. On peut utiliser n'importe quel appareil approprié, par exemple un percolateur, et réaliser le procédé soit sur des charges séparées, soit par la méthode à contre-courant, soit encore par une combinaison des deux.
L'extrait obtenu dans le premier stade du procédé est ensuite soumis à une concentration, en vue de réduire au minimum les volumes à manutentionner dans les stades ultérieurs du procédé et de faciliter l'opération d'extraction subséquente. On peut effectuer la concentration par tous
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moyens appropriés aux solutions à base de protéines, mais de préférence en soumettant la solution à une distillation dans le vide. Le degré de concentration qui pourra être obtenu à ce stade du procédé dépendra jusqu'à un certain point de la teneur en eau de l'agent d'extraction initial.
L'accroissement de cette teneur en eau augmente le risque de précipitation dans ce stade, mais il est facile de déterminer une limite sûre de la concentration par une expérience préliminaire simple. Si la teneur en eau préférée ( 7 - 8 %) de l'agent d'extraction initial est appliquée, on peut alors concentrer la solution à tout degré compatible avec une manutention mécanique subséquente. Par exemple, après avoir concentré la solution à une teneur en zéine de 30 %, auquel cas le pourcentage d'eau du mélange solvant peut être aussi élevé que 20 %, on constate que la consistance de la matière est celle d'une mélasse épaisse. Cette matière peut être traitée d'une manière satisfaisante dans la plupart des appareils et constitue un degré de concentration approprié du point de vue d'une récupération efficace du solvant.
La solution concentrée obtenue comme décrit plus haut est ensuite traitée par un -,olvant pour huiles de mais et matières colorantes qui est au moins partiellement miscible avec l'alcool et qui n'est pas un solvant de la zéine.
Le toluol est très satisfaisant à cet effet, mais diverses autres matières pourraient être utilisées. On peut utiliser d'autres hydrocarbures aromatiques, tels que le benzol et le xylol, et l'on obtiendra aussi de bons résultats avec des hydrocarbures chlorés tels que le tétrachlorure de carbone.
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On ajoute directement le solvant utilisé à la solution concentrée de zéine, on agibe parfaitement le mélange et on le laisse alors déposer. On constate que le mélange se sépare en deux couches dont l'une comprend une solution alcoolique de zéine et l'autre une couche de solvant qui contient une partie de l'alcool et une quantité importante de l'huile et du colorant de la solution initiale. On peut facilement séparer ces couches par siphonage ou simple décantation de la couche supérieure. Selon la nature du solvant de l'huile et la quantité relative qu'on en utilise, il sera possible de régler entre certaines limites la concentration en zéine de la couche d'alcool.
Si l'on utilise comme solvant de l'huile du toluol pur en quantité suffisante pour éliminer la majeure partie de l'huile et du colorant, la concentration en zéine de la couche d'alcool sera sensiblement augmentée.
On peut obtenir une nouvelle concentration en zéine et une nouvelle extraction d'huile de matière colorante en répétant ce procédé.
La quantité de solvant utilisée pour chacune des extractions n'est pas critique, pourvu qu'elle soit suffisante pour assurer une séparation complète des deux couches et insuffisante pour précipiter la zéine sous forme de pâte. Si l'on utilise de l'alcool aqueux pur dans le premier stade d'extraction du procédé, l'addition d'un volume de toluol (ou autre solvant de la couleur) égal au volume de la solution alcoolique concentrée de zéine est entièrement satisfaisante. Bien entendu, la quantité optimum de solvant à utiliser pour chaque extraction et le nombre optimum d'extractions de la couleur à effectuer dépendront de considérations économiques et de la pureté 'désirée du produit.
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Après l'extraction finale à l'aide du solvant de la couleur et la séparation de la couche de solvant, la zéine est obtenue sous forme d'une solution concentrée se prêtant à son traitement pour l'obtention de la zéine à l'état solide.
On constate que la plasticité de la matière n'a pas été modifiée et que sa teneur en huile et en couleur a été suffisamment diminuée pour que la matière convienne en vue de son utilisation dans la préparation de produits plastiques. Si l'on pousse le stade de concentration intermédiaire à une teneur en zéine de 30 % ou au-dessus, on constate que, après son traitement par le solvant du colorant, la solution finale est sous forme d'une pâte épaisse se prêtant à être traitée de toute manière connue en vue de l'obtention de zéine solide.
On voit ainsi que le procédé assure la concentration finale de la zéine tout en maintenant la matière en solution et en empêchant la diminution de sa plasticité. Ceci est réalisé en un nombre minimum d'opérations qui servent en même temps à purifier la matière et à diminuer sa teneur en huile et en colorant. Ces avantages sont remarquables du point de vue d'un procédé commercialement réalisable permettant d'obtenir une protéine sous une forme physique convenant en vue de son utilisation dans la fabrication des matières plastiques.
L'invention pourra encore être illustrée par l'exem- ple particulier suivant : On a mélangé 45 kg de farine de gluten broyée pour passer à travers un tamis de 3 mailles par cm et être retenue sur un tamis de 8 mailles avec 132,5 litres d'alcool éthylique chaud à 93 %, dans un récipient convenable, et agité modérément au cours d'une période de 2
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heures. La température était de 60 C environ après le premier mélange. La solution alcoolique contenait 2 litres de soude caustique à 6,5 N, ce qui a donné un pH initial de
8 et un pH final de 6,5 environ.
Après la période d'extrac- tion de 2 heures, on a séparé l'extrait alcoolique de la farine par décantation et distillé cet extrait dans le vide,- à une température de vapeur de 35-40 0, pendant environ 2 heures, ce qui à réduit le volume à environ 34 litres. On a alors agité l'extrait concentré avec 49 litres de toluol et, après avoir laissé reposer, on a décanté la couche de solvant qui surnageait. On a alors effectué quatre extractions supplémentaires avec des volumes égaux de toluol et, après la séparation finale, on a obtenu la zéine sous forme d'une solution alcoolique ayant la consistance d'une pâte épaisse.
Après obtention à l'état solide, on a constaté que la plasticité de la zéine n'avait pas été modifiée et que sa couleur claire et sa faible teneur en huile étaient satisfaisantes.
Converti en matière plastique, le produit résultant était une matière dure,'faiblement colorée et limpide qui possédait une dureté et une élasticité satisfaisantes et dont la résistance transversale était de plus de 800 kg par cm2.
Bien entendu, dans la réalisation industrielle de l'exemple ci-dessus, l'extraction initiale de la zéine serait suivie d'extractions ou lavages supplémentaires, et l'on utiliserait les solutions résultantes pour l'épuisement préliminaire de charges subséquentes. De même, on pourrait réaliser l'extraction de la zéine ainsi que l'extraction subséquente de la couleur selon des méthodes strictement à contre-courant.
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Le mode de réalisation précédemment décrit de l'invention entraîne l'utilisation de quantités considérables de solvants et exige l'évaporation de l'extrait initial si l'on désire des solutions relativement concentrées. Dans les cas où le mode opératoire serait préjudiciable d'un point de vue commercial ou autre, on pourrait le modifier comme suit : .
D'une manière succincte, le procédé modifié consiste à épuiser la matière à base de protéines avec.un mélange solvant alcoolique aqueux contenant une proportion sensible du solvant de la couleur qui doit être utilisé par la suite et à traiter l'extrait résultant par une quantité supplémentaire de solvant de la couleur, de telle sorte que la zéine se sépare sous forme d'une solution alcoolique plus concentrée et que l'huile et le colorant sont éliminés dans la couche de solvant. Les alcools aliphatiques inférieurs tels que l'alcool éthylique ou méthylique peuvent être utilisés à titre d'agent d'extraction principal pour le premier stade et tout solvant miscible à l'alcool qui dissout l'huile de mais et le colorant et qui ne dissout pas la zéine peut être utilisé comme diluant dans le premier stade et comme solvant dans le second.
Le toluol est extrê- mement satisfaisant à cet effet, mais divers équivalents tels que le benzol, le xylol, les hydrocarbures chlorés etc. viendront à l'esprit de l'homme du métier. On peut aussi utiliser des hydrocarbures aliphatiques non substitués, mais ceux-ci sont désavantageux du point de vue de l'extraction de la couleur et exigeraient un plus grand nombre d'extractions à cet effet.
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L'extraction préliminaire est réalisée à l'aide d'un mélange solvant aqueux contenant de 5 à 10 %$µet de préférence de 7 à 8 % - d'eau. Le rapport de l'alcool au diluant employé dépendra de la tolérance du diluant envisagé à l'égard de la zéine, c'est-à-dire de la quantité de diluant qui peut être ajoutée à la solution alcoolique de zéine avant que le mélange se sépare en d'eux phases. Ceci peut aisément être déterminé par une expérience préliminaire simple.
Dans le cas du toluol, par exemple, une proportion sûre est de 2 parties d'alcool pour une de -toluol.
Si l'on délire obtenir des solutions extrêmement concentrées, on peut concentrer la solution à tout degré désiré, mais il est préférable, en général, avec ce mode de réalisation de l'invention, de procéder directement à la seconde extraction sans concentration intermédiaire. On remarquera qu'on obtient des solutions relativement concentrées, par ce mode de réalisation, simplement par l'extraction double, réalisée dans les'conditions spécifiées.
La solution obtenue comme décrit ci-dessus est ensuite traitée par des quantités supplémentaires du diluant initial, qui sert maintenant de solvant pour l'huile de maïs et le colorant. On ajoute une quantité suffisante de ce solvant pour dépasser la tolérance à l'égard de la zéine, ce qui sépare une solution alcoolique de zéine plus concentrée et élimine l'huile et le colorant dans la couche de solvant comme décrit au sujet du premier mode de réalisation de l'invention.
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On voit que ce mode de réalisation n'entraîne que le minimum d'opérations nécessaires pour extraire et purifier la zéine. De même, la quantité de solvants totaux qu'il exige est sensiblement moindre que celle exigée par le mode de réalisation décrit en premier lieu. Les stades du procédé sont extrêmement simples et peuvent être réalisés dans tout appareil peu coûteux aporoprié.
L'exemple suivant illustre le procédé modifié suivant l'invention :
On a mélangé 45 kg de farine de gluten broyée comme spécifié dans l'exemple précédent avec 98 litres d'alcool éthylique à 93% et 49 litresde toluol, contenant 2 litres de soude caustique à 6,5 N. On a chauffé le mélange solvant, avant de le mélanger avec la farine de gluten, de façon que la température soit approximativement de 60 C après le mélange. On a agité modérément la matière pendant environ 2 heures dans un récipient convenable et décanté ensuite l'extrait. La concentration en ions d'hydrogène était la même que dans l'exemple précédent. A la fin de l'extraction, on a ajouté 49 litres de toluol à l'extrait, agité parfaitement le mélange et laissé reposer.
Il s'est séparé une solution alcoolique concentrée de zéine dont on a alors décanté la couche de solvant supérieure, qui contenait une grande proportion de l'huile et du colorant de l'extrait initial. On a alors soumis la solution de zéine à deux nouvelles extractions avec des volumes de 49 litres de toluol, ce qui a augmenté la concentration de la zéine et éliminé presque toute l'huile et le colorant restants. La solution de zéine résultante avait une teneur en zéine de 0,5 kg environ par litre.
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Il est bien entendu que les modes de réalisation précédemment décrits n'ont été indiqués qu'à titre explicatif et ne doivent pas être considérés comme limitant la portée de l'invention. En général, on peut dire que tousles équivalents ou modifications des modes opératoires que l'homme du métier est susceptible de concevoir rentrent dans le cadre de l'invention. Il est bien entendu, en outre, que dans des opérations commerciales, l'extraction initiale serait suivie d'extractions ou lavages subséquents, les solutions résultantes étant utilisées pour l'extraction préliminaire des charges subséquentes, ou bien, on pourrait réaliser les extractions conformément à une méthode strictement à contrecourant. Ces modes opératoires augmenteraient le rendement et diminueraient la quantité de solvants nécessaire pour l'extraction finale du colorant.
RE3UME
Procédé pour éliminer l'huile et la couleur d'une solution alcoolique aqueuse de zéine, caractérisé par les points suivants, ensemble ou séparément :
1 - Il consiste à traiter cette solution par un solvant hydrocarbure aromatique volatil de l'huile de mais et du colorant, en quantité telle que la matière se sépare en deux couches liquides, l'inférieure contenant la zéine, son solvant et un peu du solvant de l'huile et la supérieure contenant de l'huile, du colorant et les solvants-de la zéine et de l'huile, et à séparer ces couches l'une de l' autre .
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