EP4308536A1 - Procédé de purification de vanilline ou ses dérivés obtenus par un procédé biotechnologique - Google Patents

Procédé de purification de vanilline ou ses dérivés obtenus par un procédé biotechnologique

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Publication number
EP4308536A1
EP4308536A1 EP22715591.8A EP22715591A EP4308536A1 EP 4308536 A1 EP4308536 A1 EP 4308536A1 EP 22715591 A EP22715591 A EP 22715591A EP 4308536 A1 EP4308536 A1 EP 4308536A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vanillin
derivatives
equal
aqueous stream
nanofiltration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22715591.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Talsida ZOUGMORE
Rachid DJILLALI
Laurent Garel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Specialty Operations France SAS
Original Assignee
Specialty Operations France SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Specialty Operations France SAS filed Critical Specialty Operations France SAS
Publication of EP4308536A1 publication Critical patent/EP4308536A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C45/00—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
    • C07C45/78—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C45/80—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by liquid-liquid treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C45/00—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
    • C07C45/78—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C45/786—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by membrane separation process, e.g. pervaporation, perstraction, reverse osmosis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C45/00—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
    • C07C45/78—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C45/81—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change in the physical state, e.g. crystallisation

Definitions

  • the present invention relates to a process for the purification of vanillin or its derivatives obtained by a biotechnological process.
  • Vanillin can be obtained by various methods known to those skilled in the art, and in particular by the following two routes:
  • a so-called natural route based on a biotechnological process comprising in particular the culture of a microorganism capable of allowing the biotransformation of a fermentation substrate into vanillin. It is in particular known from application EP0885968 such a process in which the fermentation substrate is ferulic acid. US patent 5017388 describes a process in which the fermentation substrate is eugenol and/or isoeugenol. These processes lead to the preparation of a vanillin called natural vanillin.
  • vanillin can also be prepared according to a method described as "bio-based” in which vanillin is derived from lignin, in particular documents US 2745796, DE1132113 and the article entitled “Preparation of lignin frorn wood dust as vanillin source and comparison of different extraction method” by Azadbakht et al in International Journal of Biology and Biotechnology, 2004, vol 1, No 4, pp 535-537.
  • natural vanillin can be purified according to the process described in application EP 2791098 which includes a liquid/liquid extraction step of impurities having a higher pKa than that of vanillin.
  • the yield of this process is good, generally greater than 80%, however in order to obtain improved qualities in terms of organoleptic properties such as the smell and/or the color of the vanillin, several additional purification steps are necessary, thus reducing the overall yield of this process.
  • the energy efficiency of this process is also globally degraded due to the use of large quantities of solvents.
  • the present invention relates to a process for the purification of a fermentation broth (M), obtained by a biotechnological process, comprising biomass and vanillin or its derivatives in aqueous solution, for the preparation of a vanillin or its crystallized derivatives , characterized in that throughout the purification process, vanillin or its derivatives in protonated or salified form remain in aqueous solution comprising:
  • FIGS. 1 and 2 schematize various processes for the purification of vanillin or its derivatives obtained by a biotechnological process according to the present invention.
  • the expression “natural vanillin” designates a vanillin obtained by a biotechnological process.
  • a process for the preparation of natural vanillin denotes here a biotechnological process comprising the culture of a microorganism capable of allowing the transformation of a fermentation substrate into vanillin.
  • the microorganism may be of wild origin or be a genetically modified microorganism (GMM) obtained by molecular biology
  • GMM genetically modified microorganism
  • vanillin can be produced by a process of fermentation of glucose or protocatechuic acid as described in patent application WO 2013/022881.
  • vanillin derivative refers to any compound which may be derived from vanillin and in particular to vanillin in salified form or to glucovanillin.
  • the term “derivative of vanillic alcohol” refers to any compound which may be derived from vanillic alcohol and in particular to vanillic alcohol in salified form or to the glucoside of vanillic alcohol.
  • crystallization refers to a process in which a substance changes to the solid state by a physical process, such as in particular lowering the temperature.
  • precipitation refers to a process in which a substance passes into the solid state by a chemical transformation, such as in particular by protonation thanks to a change in pH.
  • vanillin or “vanillin in protonated form” denotes 4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde.
  • vanillin in salified form refers to the salts of 4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde whose formula is defined below, in which the Metal is chosen from sodium, potassium.
  • the present invention relates to a process for the purification of a fermentation broth (M), obtained by a biotechnological process, comprising biomass and vanillin or its derivatives in aqueous solution, for the preparation of a vanillin or its crystallized derivatives , characterized in that, throughout the purification process, vanillin or its derivatives in protonated or salified form remain in aqueous solution comprising:
  • the method for purifying a fermentation broth (M) comprises a step (a) of separating the biomass from the biomass of a fermentation broth (M) from an aqueous stream (Al) comprising vanillin or its derivatives.
  • This step is a separation step of a solid phase: the biomass, from a liquid phase.
  • the liquid phase obtained at the end of the biomass separation step is an aqueous stream (Al) comprising vanillin or its derivatives, in salified or protonated form.
  • the biomass separation step can be carried out by filtration such as frontal filtration or tangential filtration, in particular membrane filtration, such as microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration, or reverse osmosis.
  • Membrane filtration can be carried out in concentration or in diafiltration.
  • Membrane filtration can also be operated in concentration and diafiltration.
  • the filtration is carried out by diafiltration, it is possible to use water or a recycle stream resulting from the process according to the present invention, for example the recycle stream resulting from the filtration.
  • the recycle stream may contain vanillin or its derivatives in protonated or salified form.
  • the biomass separation step is a frontal filtration, it is possible to add adjuvants in order to improve the efficiency of the filtration.
  • the biomass separation step can be carried out by centrifugation, in particular on a disk or plate centrifuge.
  • This embodiment can prove to be advantageous when it is carried out upstream of membrane filtration because it makes it possible to extend the life of the membranes used.
  • the biomass separation step can be carried out by one or more microfiltration membranes, in particular having a cutting limit of approximately 0.2 ⁇ m, followed by one or more ultrafiltrations having a limit of smaller cut than microfiltration.
  • the vanillin or its derivatives are dissolved in the aqueous phase and the biomass is retained by the membranes.
  • G ultrafiltration also allows the separation of molecules solubilized in the fermentation broth.
  • a solvent preferably water, is added during the filtration step. In general, the amount of solvent added is between 0.5 and 5 equivalents by volume of fermentation broth.
  • microfiltration, ultrafiltration or diafiltration can be coupled with a nanofiltration or reverse osmosis step.
  • nanofiltration makes it possible to increase the vanillin concentration in the retentate from the nanofiltration step while the water passes through the membrane (permeate from the nanofiltration step).
  • the permeate from this nanofiltration step can advantageously be recycled.
  • reverse osmosis has a cut limit of less than or equal to 100 Da.
  • the reverse osmosis membrane makes it possible to retain in the retentate at least 97% of NaCl, preferably at least 98% of NaCl, very preferably at least 99%, and even more preferably at least 99.5% of NaCl.
  • nanofiltration has a cut limit of less than or equal to 400 Da. In general, nanofiltration has a cutting limit greater than or equal to 100 Da, for example cutting limit between 100 and 250 Da.
  • Nanofiltration or reverse osmosis can in particular can be carried out in concentration
  • the pH of the aqueous solution of vanillin or its derivatives is adapted so as to be compatible with the type of nanofiltration or reverse osmosis membrane used in within the scope of the process of the present invention.
  • the pH can be between 1 and 11.
  • the pH can in particular be adapted so as to retain part, preferably the majority, of the quantity of vanillin or its derivatives in the retentate.
  • Nanofiltration is generally operated under pressure, in general the pressure is between 10 and 50 bar, preferably between 10 and 30 bar.
  • Reverse osmosis is generally operated under pressure, in general the pressure is greater than or equal to 30 bar, preferably between 30 and 60 bar, preferably between 40 and 60 bar.
  • the nanofiltration or reverse osmosis membrane can advantageously be a membrane of the ceramic or polymeric type, preferably of the polyamide, polypiperazine-amide, aromatic polyamide, cellulose acetate type.
  • the method of the present invention may optionally comprise a step (aO) of stabilizing the fermentation broth (M).
  • Step (a) of the process according to the present invention can be carried out on a stabilized fermentation broth (M).
  • stabilization refers to any method making it possible to avoid the degradation, in particular by reduction, of vanillin or its derivatives between the end of the fermentation and the purification process.
  • the stabilization can be carried out by adding at least one compound.
  • the compound is preferably chosen from sodium benzoate, ascorbic acid and its salts, potassium, calcium or sodium sorbate, zinc sulphate, propanoic acid, acetic acid or its salts, sodium diacetate.
  • the amount of compound added is between 0.2 g/L and 6 g/L.
  • the stabilization can be carried out by changing the temperature of the fermentation broth. In general, the temperature is controlled so as to reach a temperature between 15°C and 23°C, preferably between 18°C and 21°C.
  • the stabilization can be carried out by changing the pH of the fermentation broth.
  • the pH is controlled so as to reach a pH less than or equal to 7.5, preferably less than or equal to 7, very preferably less than or equal to 6.8.
  • the pH is controlled so as to achieve a pH greater than or equal to 5.0, preferably greater than or equal to 6.
  • the fermentation broth can also be pasteurized.
  • the fermentation broth is then heated to a temperature between 50°C and 90°C, preferably between 60°C and 80°C.
  • the heating is generally maintained for a period comprised between 10 min and 120 min, preferably comprised between 15 min and 45 min, for example for 20 min.
  • the fermentation must can be stabilized by ultrasound.
  • ultrasound is emitted in the fermentation must for a period of between 10 min and 120 min.
  • these aspects can be carried out separately or jointly, thus, by way of non-limiting example, it is possible to modify the temperature, the pH and to add a compound according to the conditions described above.
  • the methods without adding compounds are advantageous, without wishing to be bound by any theory, they make it possible to avoid possible deleterious effects on vanillin or its derivatives, in particular in terms of odor or color.
  • the aqueous stream (Al) comprising vanillin or its derivatives is subjected to at least one filtration step such as frontal filtration or tangential filtration, in particular membrane filtration, such as microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration , or reverse osmosis.
  • filtration step such as frontal filtration or tangential filtration, in particular membrane filtration, such as microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration , or reverse osmosis.
  • membrane filtration such as microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration , or reverse osmosis.
  • reverse osmosis has a cut limit of less than or equal to 100 Da.
  • the reverse osmosis membrane makes it possible to retain in the retentate at least 97% of NaCl, preferably at least 98% of NaCl, very preferably at least 99%, and even more preferably at least 99.5% of NaCl.
  • nanofiltration has a cut limit of less than or equal to 400 Da.
  • nanofiltration has a cutting limit greater than or equal to 100 Da, for example cutting limit between 100 and 250 Da.
  • Membrane filtration can be operated in concentration or diafiltration. Membrane filtration can also be operated in concentration and diafiltration. When the filtration is carried out in diafiltration, it is possible to use water or a recycled flow from the filtration.
  • the recycle stream may contain vanillin or its derivatives in protonated or salified form.
  • the pH of the aqueous solution of vanillin or its derivatives is adapted so as to be compatible with the type of nanofiltration or reverse osmosis membrane used in the context of the method of the present invention.
  • the pH can be between 1 and 11.
  • the pH can in particular be adapted so as to retain part, preferably the majority, of the quantity of vanillin or its derivatives in the retentate.
  • Nanofiltration is generally operated under pressure, in general the pressure is between 10 and 50 bar, preferably between 10 and 30 bar.
  • Reverse osmosis is generally operated under pressure, in general the pressure is greater than or equal to 30 bar, preferably is between 30 and 60 bar, preferably between 40 and 60 bar.
  • the nanofiltration or reverse osmosis membrane can advantageously be a membrane of the ceramic or polymeric type, preferably of the polyamide, polypiperazine-amide, aromatic polyamide or cellulose acetate type.
  • a nanofiltration membrane having a cut limit less than or equal to 400 Da or reverse osmosis membrane having a cut limit less than or equal to 100 Da, or a reverse osmosis membrane capable of retaining in the retentate at least 97% of NaCl, preferably at least 98% of NaCl, very preferably at least 99%, and even more preferably at least 99.5% of NaCl is particularly suitable in that it allows a good yield of vanillin or its derivatives (excluding recycling) coupled with the use of minimum pressure.
  • the energy costs associated with the purification process according to the present invention are controlled.
  • the filtration can be carried out with a ceramic membrane, preferably having a cutting limit of approximately 0.2 ⁇ m.
  • the filtrate obtained is an aqueous stream (A2) comprising vanillin or its derivatives, in protonated or salified form, in which impurities have been separated.
  • the filtrate can then be subjected to at least one nanofiltration or reverse osmosis step in order to concentrate the aqueous stream (A2) comprising the vanillin.
  • nanofiltration makes it possible to increase the concentration of vanillin or its derivatives in the retentate from the nanofiltration step while the water passes through the membrane (permeate from the nanofiltration step).
  • the permeate from this nanofiltration step can advantageously be recycled.
  • reverse osmosis has a cut limit of less than or equal to 100 Da.
  • the reverse osmosis membrane makes it possible to retain in the retentate at least 97% of NaCl, preferably at least 98% of NaCl, very preferably at least 99%, and even more preferably at least 99.5% of NaCl.
  • nanofiltration has a cut limit of less than or equal to 400 Da.
  • nanofiltration has a cutting limit greater than or equal to 100 Da, for example cutting limit between 100 and 250 Da.
  • Membrane filtration can be carried out in concentration or in diafiltration. .
  • Membrane filtration can also be operated in concentration and diafiltration. When the filtration is carried out by diafiltration, it is possible to use water or a recycle flow resulting from the filtration.
  • the recycle stream may contain vanillin or its derivatives in protonated or salified form.
  • the pH of the aqueous solution of vanillin or its derivatives is adapted so as to be compatible with the type of nanofiltration or reverse osmosis membrane used in the context of the method of the present invention.
  • the pH can be between 1 and 11.
  • the pH can in particular be adapted so as to retain part, preferably the majority, of the quantity of vanillin or its derivatives in the retentate.
  • Nanofiltration is generally operated under pressure, in general the pressure is between 10 and 50 bar, preferably between 10 and 30 bar.
  • osmosis reverse is generally operated under pressure, in general the pressure is greater than or equal to 30 bar, preferably is between 30 and 60 bar, preferably between 40 and 60 bar.
  • the nanofiltration or reverse osmosis membrane can advantageously be a membrane of the ceramic or polymeric type, preferably of the polyamide, polypiperazine-amide, aromatic polyamide or cellulose acetate type.
  • the process of the present invention comprises at least one stage of crystallization of the vanillin or its derivatives contained in the aqueous stream (A2).
  • the crystallization step makes it possible to purify an aqueous stream (A2) comprising vanillin or its derivatives.
  • the aqueous stream (A2) has a purity of between 85% and 99%, preferably greater than or equal to 90%, very preferably greater than or equal to 95%.
  • the crystallization step makes it possible to produce a vanillin or its purified derivatives having a purity greater than or equal to 95%, preferably greater than or equal to 97%, very preferably greater than or equal to 99%.
  • Vanillin or its derivatives having a purity of between 85% and 99% may also comprise at least one other compound chosen from vanillic alcohol or its derivatives, vanillic acid, guaiacol, acetovanillone, 4-((4-hydroxy-3-methoxy -benzyl)oxy)-3-methoxybenzaldehyde and 4-hydroxy-3-(4-hydroxy-3-methoxybenzyl)-5-methoxybenzaldehyde.
  • Crystallization is usually carried out in an alcoholic solution.
  • the solvent used for the crystallization can be a water-soluble alcohol, preferably ethanol.
  • the solvent used for the crystallization can be a water/alcohol mixture.
  • the amount of alcohol is between 2% and 40% by mass, preferably between 5% and 35% by mass, and very preferably between 15% and 25% by mass.
  • the concentration of vanillin or its derivatives, at the start of crystallization is between 5% and 60% by weight, preferably between 10% and 50% by weight, advantageously between 15% and 35% by weight, and even more preferably between 15% and 25%.
  • the crystallization allows the separation of the vanillin or its derivatives from the impurities contained in the aqueous flow (A2), this separation is advantageously carried out without degradation of the vanillin or its derivatives.
  • the crystallization is carried out at a temperature between 0°C and 50°C.
  • the crystallization yield is generally greater than or equal to 80%.
  • the crystallization can be carried out in ethanol.
  • the aqueous stream (A2) is evaporated, then ethanol is added in order to crystallize the vanillin.
  • the process of the present invention does not require any organic solvent except for the crystallization solvent.
  • the aqueous stream (A2) can be subjected to a precipitation step.
  • the precipitation of vanillin or its derivatives is generally carried out at a temperature between 0°C and 6°C.
  • the pH of the aqueous stream (A2) can be adjusted to reach a value between 5 and 8.
  • a precipitate (P) of vanillin is obtained.
  • the precipitate (P) can be subjected to at least one crystallization step as described above.
  • the vanillin or its derivatives obtained at the end of the precipitation and/or crystallization step generally has a color in 10% by weight ethanolic solution less than or equal to 150 Hazen, preferably less than or equal to 100 Hazen, and very preferably less than or equal to 50 Hazen.
  • the aqueous stream (Al) comprising vanillin or its derivatives, in salified or protonated form is subjected to a liquid-liquid extraction step.
  • vanillin or its derivatives in salified form is washed in an aqueous stream (A2).
  • the impurities contained in the aqueous flow (Al) are extracted in organic solution (01).
  • the pH of the aqueous solution is greater than 7, preferably greater than 7.5, very preferably greater than 8.
  • the extraction solvent is chosen for its solubilization properties of the impurities contained in the aqueous flow (Al), advantageously the solvent can be of biosourced origin.
  • the solubility of vanillin or its derivatives in protonated or salified form is better in water than in the extraction solvent.
  • the chosen solvent is compatible with the standards of the food industry, in particular FEMA GRAS, immiscible with water.
  • the solvent is chosen from methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, ethyl acetate, isopropyl acetate or mixtures thereof.
  • the liquid/liquid extraction step can be a discontinuous liquid-liquid extraction.
  • the volume ratio of solvent relative to the aqueous stream (Al) comprising the vanillin or its derivatives is between 1:5 and 5:1, from preferably comprised between 1:2 and 5:1, preferentially comprised between 1:1 and 5:1, preferably comprised between 1.5:1 and 3:1.
  • the liquid/liquid extraction step can be carried out continuously.
  • the volume ratio of solvent relative to the aqueous stream (Al) comprising vanillin or its derivatives is between 5:1 and 1:2, preferably between 3:1 and 1:1.
  • the yield of vanillin or its derivatives from the liquid/liquid extraction step is generally greater than or equal to 95%, preferably greater than or equal to 97%, very preferably greater than or equal to 98%.
  • the stages of separation of the biomass and of liquid/liquid extraction can be carried out simultaneously.
  • This particular aspect makes it possible to wash the vanillin or its derivatives in protonated or salified form in the aqueous stream (A2) from the fermentation must.
  • the biomass is then separated from the two-phase system.
  • This process is advantageous in that the loss of vanillin or its derivatives in the biomass is reduced.
  • This separation step can in particular be carried out continuously by centrifugation, in particular using a two- or three-phase centrifuge or a counter-current extractor, preferably a three-phase centrifuge.
  • the concentration (C) of the aqueous stream (A2), comprising vanillin or its derivatives, obtained at the end of the liquid/liquid extraction step is generally between 0.1% by weight and 10% by weight.
  • the aqueous stream (A2) can then be subjected to a crystallization step as described above. Prior to the crystallization step, the aqueous stream (A2) comprising the vanillin or its derivatives can be concentrated so that the concentration of vanillin or its derivatives in the aqueous stream is between 5% and 60% by weight .
  • the aqueous stream (A2) can be subjected to a precipitation step.
  • the precipitation of vanillin or its derivatives is generally carried out at a temperature between 0°C and 6°C.
  • the pH of the aqueous stream (A2) can be adjusted to reach a value between 5 and 8.
  • a precipitate (P) of vanillin or its derivatives is obtained.
  • the precipitate (P) can be subjected to at least one crystallization step as described above.
  • the aqueous stream (A2) prior to the crystallization and/or precipitation steps, can optionally be treated on carbon or on resin, as described in particular in application WO 2011/039331.
  • the vanillin or its derivatives, obtained at the end of the process according to the present invention generally has a color in ethanolic solution at 10% by weight less than or equal to 150 Hazen, preferably less than or equal to 100 Hazen, and very preferably less than or equal to 50 Hazen.
  • the vanillin or its derivatives obtained at the end of the purification process according to the present invention has consistent organoleptic properties.
  • the biomass is separated from the aqueous phase by tangential diafiltration on a ceramic membrane with a pore diameter of 0.2 ⁇ m.
  • the addition of 2 dia-volumes makes it possible to obtain a vanillin yield >95%.
  • This last solution of vanillin, in salified and concentrated form is washed with its equivalent volume of isopropyl acetate in order to eliminate the non-salified organic compounds.
  • the vanillin in salified form is then precipitated by reducing the pH to 5, then filtered and washed with water before being dried and ground.
  • the purity of the vanillin obtained is 98% and has good organoleptic properties.
  • a fermentation broth as defined in Example 1 is subjected to a biomass separation step as described in Example 1 to provide an aqueous solution.
  • the aqueous solution is then subjected to a nanofiltration step according to the conditions below:

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
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Abstract

La présente invention concerne un procédé de purification d'un moût de fermentation (M), obtenu par un procédé biotechnologique, comprenant de la biomasse et de la vanilline ou ses dérivés en solution aqueuse, pour la préparation d'une vanilline ou ses dérivés cristallisés, caractérisé en ce que tout au long du procédé de purification, la vanilline ou ses dérivés, sous forme protonée ou salifiée restent en solution aqueuse.

Description

DESCRIPTION
Procédé de purification de vanilline ou ses dérivés obtenus par un procédé biotechnologique
Domaine de l’invention
La présente invention concerne un procédé de purification de vanilline ou ses dérivés obtenus par un procédé biotechnologique.
Art antérieur
La vanilline peut être obtenue par différentes méthodes connues de l’homme de l’art, et notamment par les deux voies suivantes :
- Une voie dite naturelle basée sur un procédé biotechnologique comprenant notamment la culture d’un microorganisme apte à permettre la biotransformation d’un substrat de fermentation en vanilline. Il est notamment connu de la demande EP0885968 un tel procédé dans lequel le substrat de fermentation est l’acide férulique. Le brevet US 5017388 décrit un procédé dans lequel le substrat de fermentation est l’eugénol et/ou l’isoeugénol. Ces procédés aboutissent à la préparation d’une vanilline dite vanilline naturelle.
- Une voie dite synthétique comprenant des réactions chimiques classiques à partir du gaïacol ne faisant pas intervenir de microorganisme. Ce procédé aboutit à la préparation d’une vanilline dite vanilline synthétique.
Enfin la vanilline peut également être préparée selon une voie qualifiée de « bio-based » dans laquelle la vanilline est issue de lignine, on peut citer en particulier les documents US 2745796, DE1132113 et l’article intitulé « Préparation of lignin frorn wood dust as vanillin source and comparison of different extraction method » by Azadbakht et al in International Journal of Biology and Biotechnology, 2004, vol 1, No 4, pp 535-537.
Actuellement la vanilline naturelle peut être purifiée selon le procédé décrit dans la demande EP 2791098 qui comprend une étape d’extraction liquide/liquide d’impuretés ayant un pKa plus élevé que celui de la vanilline. Le rendement de ce procédé est bon, en général supérieur à 80%, toutefois afin d’obtenir des qualités améliorées quant aux propriétés organoleptiques telles que l’odeur et/ou la couleur de la vanilline plusieurs étapes de purification additionnelles sont nécessaires faisant ainsi chuter le rendement global de ce procédé. L’efficacité énergétique de ce procédé est également globalement dégradée du fait de G utilisation de grandes quantités de solvants.
La demande internationale WO 2014/114590 décrit également un procédé de purification de vanilline naturelle. Ce procédé consiste à évaporer la vanilline naturelle, cette évaporation pouvant être effectuée par distillation ou par évaporation sous vide de vanilline fondue. Ce procédé est susceptible de produire de la vanilline naturelle très pure, avec un bon rendement, avec un dispositif simple à mettre en œuvre et fonctionnant de façon continue pour être compatible avec les procédés industriels. Cependant, un tel procédé pourrait être difficile à mettre en pratique en raison du nombre et de la dimension des équipements nécessaires. Par ailleurs, la vanilline ou ses dérivés obtenus par un procédé biotechnologique peut contenir certaines impuretés ayant des points d’ébullition très proches de la vanilline ou de ses dérivés. Ainsi il est nécessaire de dimensionner de manière adaptée les équipements afin de permettre une séparation efficace de la vanilline ou ses dérivés de ces produits. Ceci implique en général un allongement du temps de séjour dans les équipements de distillation ce qui peut générer de nouvelles impuretés du fait de l’instabilité à haute température de la vanilline ou ses dérivés et/ou impuretés.
C’est pourquoi il serait avantageux de disposer d’un procédé amélioré par rapport à ceux proposés dans l’art antérieur, notamment en termes d’impact environnemental et/ou énergétique tout en améliorant le rendement global de la purification ainsi que le rendement en vanilline ou ses dérivés. Il est également important que le procédé de purification de la vanilline ou ses dérivés permette de produire une vanilline ou ses dérivés dont les propriétés organoleptiques sont préservées notamment en termes de goût, couleur et/ou odeur.
Brève description
La présente invention concerne un procédé de purification d’un moût de fermentation (M), obtenu par un procédé biotechnologique, comprenant de la biomasse et de la vanilline ou ses dérivés en solution aqueuse, pour la préparation d’une vanilline ou ses dérivés cristallisés, caractérisé en ce que tout au long du procédé de purification, la vanilline ou ses dérivés sous forme protonée ou salifiée restent en solution aqueuse comprenant :
Une étape (a) de séparation de la biomasse de la biomasse d’un moût de fermentation (M) d’un flux aqueux (Al) comprenant la vanilline ou ses dérivés, et Au moins une étape dans laquelle le flux aqueux (Al) est soumis à une étape de filtration par nanofiltration ou osmose inverse caractérisé en ce que l’osmose inverse a une limite de coupe inférieure ou égale à 100 Da et la nanofiltration a une limite de coupe inférieure ou égale à 400 Da, de préférence comprise entre 100 et 250 Da.
Description des figures
Les figures 1 et 2 schématisent différents procédés de purification de vanilline ou ses dérivés obtenus par un procédé biotechnologique selon la présente invention.
Description détaillée
Dans le cadre de la présente invention, et sauf indication contraire, l’expression « compris entre ... et... » inclut les bornes.
Dans la présente invention, l’expression « vanilline naturelle » désigne une vanilline obtenue par un procédé biotechnologique. Ainsi un procédé de préparation de vanilline naturelle désigne ici un procédé biotechnologique comprenant la culture d’un microorganisme apte à permettre la transformation d’un substrat de fermentation en vanilline. Le micro-organisme peut être d’origine sauvage ou être un micro-organisme génétiquement modifié (GMM) obtenu par biologie moléculaire Très préférentiellement, il peut s'agir d’un procédé de fermentation d’acide férulique, tel que celui décrit dans la demande de brevet EP 0885968. Selon un aspect particulier, la vanilline peut être produite par un procédé de fermentation de glucose ou d’acide protocatéchuique tel que décrit dans la demande de brevet WO 2013/022881.
Dans le cadre de la présente invention, le terme “dérivé de vanilline” se réfère à tout composé pouvant dériver de la vanilline et en particulier à la vanilline sous forme salifiée ou à la glucovanilline.
Dans le cadre de la présente invention, le terme “dérivé d’alcool vanillique” se réfère à tout composé pouvant dériver de l’alcool vanillique et en particulier à l'alcool vanillique sous forme salifiée ou au glucoside de l’alcool vanillique.
Dans le cadre de la présente invention, le terme “cristallisation” se réfère à un procédé dans lequel une substance passe à l’état solide par un procédé physique, telle que notamment l’abaissement de la température.
Dans le cadre de la présente invention, le terme “précipitation” se réfère à un procédé dans lequel une substance passe à l’état solide par une transformation chimique, telle que notamment par protonation grâce à un changement de pH.
Dans le cadre de la présente invention, le terme “vanilline” ou “vanilline sous forme protonée” désigne le 4-hydroxy-3 -méthoxybenzaldéhyde.
[Chem 1]
Le terme “vanilline sous forme salifiée” se réfère aux sels de 4-hydroxy-3- méthoxybenzaldéhyde dont la formule est définie ci-dessous, dans lequel le Métal est choisi parmi sodium, potassium.
[Chem 2] La présente invention concerne un procédé de purification d’un moût de fermentation (M), obtenu par un procédé biotechnologique, comprenant de la biomasse et de la vanilline ou ses dérivés en solution aqueuse, pour la préparation d’une vanilline ou ses dérivés cristallisés, caractérisé en ce que, tout au long du procédé de purification, la vanilline ou ses dérivés sous forme protonée ou salifiée restent en solution aqueuse comprenant:
Une étape (a) de séparation de la biomasse de la biomasse d’un moût de fermentation (M) d’un flux aqueux (Al) comprenant la vanilline ou ses dérivés, et Au moins une étape dans laquelle le flux aqueux (Al) est soumis à une étape de filtration par nanofiltration ou osmose inverse caractérisé en ce que l’osmose inverse a une limite de coupe inférieure ou égale à 100 Da et la nanofiltration a une limite de coupe inférieure ou égale à 400 Da, de préférence comprise entre 100 et 250 Da.
Selon la présente invention, le procédé de purification d’un moût de fermentation (M) comprend une étape (a) de séparation de la biomasse de la biomasse d’un moût de fermentation (M) d’un flux aqueux (Al) comprenant la vanilline ou ses dérivés.
Cette étape est une étape de séparation d’une phase solide : la biomasse, d’une phase liquide. La phase liquide obtenue à l’issue de l’étape de séparation de la biomasse est un flux aqueux (Al) comprenant la vanilline ou ses dérivés, sous forme salifiée ou protonée.
Selon un aspect, l’étape de séparation de la biomasse peut être effectuée par filtration telle que filtration frontale ou filtration tangentielle, en particulier filtration sur membrane, telle que microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration, ou osmose inverse. La filtration sur membrane peut être opérée en concentration ou en diafiltration. La filtration sur membrane peut également être opérée en concentration et en diafiltration. Lorsque la filtration est opérée en diafiltration, il est possible d’utiliser de l’eau ou un flux de recycle issu du procédé selon la présente invention, par exemple le flux de recycle issu de la filtration. Le flux de recycle peut contenir de la vanilline ou ses dérivés sous forme protonée ou salifiée. Avantageusement lorsque l’étape de séparation de la biomasse est une filtration frontale, il est possible d’ajouter des adjuvants afin d’améliorer l’efficacité de la filtration.
Selon un autre aspect de la présente invention, l’étape de séparation de la biomasse peut être effectuée par centrifugation notamment sur une centrifugeuse à disque ou à assiettes. Ce mode de réalisation peut se révéler avantageux lorsqu’il est effectué en amont d’une filtration sur membrane car il permet de prolonger la durée de vie des membranes utilisées.
Afin d’améliorer l’efficacité de la séparation solide/liquide il est possible de réaliser plusieurs étapes de séparation solide/liquide, notamment pour retirer les particules solides les plus petites.
Selon un aspect particulier, l’étape de séparation de la biomasse peut être réalisée par une ou plusieurs membranes de microfiltration, en particulier ayant une limite de coupe d’environ 0,2 pm, suivie d’une ou plusieurs ultrafiltrations ayant une limite de coupe plus petite que celle de la microfiltration. Dans cette configuration, la vanilline ou ses dérivés sont solubilisés en phase aqueuse et la biomasse est retenue par les membranes. Avantageusement G ultrafiltration permet également de la séparation de molécules solubilisées dans le moût de fermentation. Afin d’améliorer le rendement en vanilline ou ses dérivés dans la phase aqueuse, un solvant, de préférence de l’eau, est ajouté au cours de l’étape de filtration. De manière générale, la quantité de solvant ajoutée est comprise entre 0,5 et 5 équivalents en volume de moût de fermentation.
Selon un aspect la microfiltration, G ultrafiltration ou la diafiltration peuvent être couplées à une étape de nanofiltration ou d’osmose inverse. En effet la nanofiltration permet d’augmenter la concentration en vanilline dans le rétentat de l’étape de nanofiltration tandis que l’eau passe au travers de la membrane (perméat de l’étape de nanofiltration). Le perméat de cette étape de nanofiltration peut avantageusement être recyclé. De manière générale, l’osmose inverse a une limite de coupe inférieure ou égale 100 Da. De manière général, la membrane d’osmose inverse permet de retenir dans le rétentat au moins 97% de NaCl, de préférence au moins 98% de NaCl, très préférentiellement au moins 99%, et encore plus préférentiellement au moins 99,5% de NaCl. De manière générale, la nanofiltration a une limite de coupe inférieure ou égale à 400 Da. De manière générale, la nanofiltration a une limite de coupe supérieure ou égale à 100 Da, par exemple limite de coupe comprise entre 100 et 250 Da. La nanofiltration ou l’osmose inverse peut notamment peut être opérée en concentration De manière générale, le pH de la solution aqueuse de vanilline ou ses dérivés est adapté de manière à être compatible avec le type de membrane de nanofiltration ou d’osmose inverse utilisé dans le cadre du procédé de la présente invention. Le pH peut être compris entre 1 et 11. Le pH peut notamment être adapté de manière à retenir une partie, de préférence la majorité de la quantité de vanilline ou ses dérivés dans le retentât. La nanofiltration est en général opéré sous pression, en général la pression est comprise entre 10 et 50 bar, de préférence comprise entre 10 et 30 bar. L’osmose inverse est en général opérée sous pression, en général la pression est supérieure ou égale à 30 bar, de préférence comprise entre 30 et 60 bar, de préférence comprise entre 40 et 60 bar. La membrane de nanofiltration ou d’osmose inverse peut avantageusement être une membrane de type céramique ou polymérique de préférence de type polyamide, polypiperazine-amide, polyamide aromatique, acétate de cellulose.
Etape (aO)
Préalablement à cette étape de séparation de la biomasse de la solution aqueuse de vanilline ou ses dérivés, le moût de fermentation peut être stabilisé. Ainsi le procédé de la présente invention peut optionnellement comprendre une étape (aO) de stabilisation du moût de fermentation (M). L’étape (a) du procédé selon la présente invention peut être réalisée sur un moût de fermentation (M) stabilisé.
Dans le cadre de la présente invention, le terme « stabilisation » se réfère à toute méthode permettant d’éviter la dégradation, notamment par réduction, de la vanilline ou ses dérivés entre la fin de la fermentation et le procédé de purification.
Selon un premier aspect, la stabilisation peut être effectuée par l’ajout d’au moins un composé. Le composé est préférentiellement choisi parmi le benzoate de sodium, l’acide ascorbique et ses sels, le sorbate de potassium, de calcium ou de sodium, le sulfate de zinc, l’acide propanoïque, acide acétique ou ses sels, diacétate de sodium. De préférence la quantité de composé ajoutée est comprise entre 0,2 g/L et 6 g/L. Selon un autre aspect, la stabilisation peut être effectuée par changement de la température du moût de fermentation. En général, la température est contrôlée de manière à atteindre une température comprise entre 15°C et 23°C, de préférence comprise entre 18°C et 21°C.
Selon un autre aspect, la stabilisation peut être effectuée par changement du pH du moût de fermentation. En général, le pH est contrôlé de manière à atteindre un pH inférieur ou égal à 7,5, de préférence inférieur ou égal à 7, très préférentiellement inférieur ou égal à 6.8. En général, le pH est contrôlé de manière à atteindre un pH supérieur ou égal à 5,0, de préférence supérieur ou égal à 6.
Selon un autre aspect, le moût de fermentation peut également être pasteurisé. En général, le moût de fermentation est alors chauffé à une température comprise entre 50°C et 90°C, de préférence comprise entre 60°C et 80°C. Le chauffage est en général maintenu pendant une durée comprise entre 10 min et 120 min, de préférence comprise entre 15 min et 45 min, par exemple pendant 20 min.
Selon un autre aspect, le moût de fermentation peut être stabilisé par ultrasons. En général des ultrasons sont émis dans le moût de fermentation pendant une durée comprise entre 10 min et 120 min.
Selon un aspect particulier ces aspects peuvent être réalisés séparément ou conjointement, ainsi, à titre d’exemple non limitatif, il est possible de modifier la température, le pH et d’ajouter un composé selon les conditions décrites ci-dessus.
Parmi ces méthodes, les méthodes sans ajout de composés sont avantageuses, sans vouloir être lié par une quelconque théorie, elles permettent d’éviter de possibles effets délétères sur la vanilline ou ses dérivés notamment en termes d’odeur ou de couleur.
Cependant l’ajout de certains composés choisis pour leur compatibilité avec la vanilline ou ses dérivés et l’absence d’effet secondaire sur la vanilline ou ses dérivés peut se révéler particulièrement avantageuse pour faciliter la suite du procédé de purification de la vanilline ou ses dérivés.
Selon un aspect de la présente invention, le flux aqueux (Al) comprenant la vanilline ou ses dérivés est soumis à au moins une étape de filtration telle que filtration frontale ou filtration tangentielle, en particulier filtration sur membrane, telle que microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration, ou osmose inverse. De manière générale, l’osmose inverse a une limite de coupe inférieure ou égale 100 Da. De manière général, la membrane d’osmose inverse permet de retenir dans le rétentat au moins 97% de NaCl, de préférence au moins 98% de NaCl, très préférentiellement au moins 99%, et encore plus préférentiellement au moins 99,5% de NaCl. De manière générale, la nanofiltration a une limite de coupe inférieure ou égale à 400 Da. De manière générale, la nanofiltration a une limite de coupe supérieure ou égale à 100 Da, par exemple limite de coupe comprise entre 100 et 250 Da. La filtration sur membrane peut être opérée en concentration ou en diafiltration.La filtration sur membrane peut également être opérée en concentration et en diafiltration. Lorsque la filtration est opérée en diafiltration, il est possible d’utiliser de l’eau ou un flux de recycle issu de la filtration. Le flux de recycle peut contenir de la vanilline ou ses dérivés sous forme protonée ou salifiée.
De manière générale, le pH de la solution aqueuse de vanilline ou ses dérivés est adapté de manière à être compatible avec le type de membrane de nanofiltration ou d’osmose inverse utilisé dans le cadre du procédé de la présente invention. Le pH peut être compris entre 1 et 11. Le pH peut notamment être adapté de manière à retenir une partie, de préférence la majorité de la quantité de vanilline ou ses dérivés dans le retentât. La nanofiltration est en général opéré sous pression, en général la pression est comprise entre 10 et 50 bar, de préférence comprise entre 10 et 30 bar. L’osmose inverse est en général opérée sous pression, en général la pression est supérieure ou égale à 30 bar, de préférence est comprise entre 30 et 60 bar, de préférence comprise entre 40 et 60 bar. La membrane de nanofiltration ou d’osmose inverse peut avantageusement être une membrane de type céramique ou polymérique de préférence de type polyamide, polypiperazine-amide, polyamide aromatique, acétate de cellulose.
L’utilisation d’une membrane de nanofiltration ayant une limite de coupe inférieure ou égale à 400 Da ou d’osmose inverse ayant une limite de coupe inférieure ou égale à 100 Da, ou une membrane d’osmose inverse capable de retenir dans le retentât au moins 97% de NaCl, de préférence au moins 98% de NaCl, très préférentiellement au moins 99%, et encore plus préférentiellement au moins 99,5% de NaCl est particulièrement adapté en ce qu’il permet un bon rendement en vanilline ou ses dérivés (hors recycle) couplé à l’utilisation d’une pression minimale. Ainsi les coûts énergétiques liés au procédé de purification selon la présente invention sont maîtrisés.
De manière générale, la filtration peut être réalisée avec une membrane céramique, de préférence ayant une limite de coupe d’environ 0,2 pm.
Le filtrat obtenu est un flux aqueux (A2) comprenant la vanilline ou ses dérivés, sous forme protonée ou salifiée, dans lequel des impuretés ont été séparées.
Le filtrat peut ensuite être soumis à au moins une étape de nanofiltation, ou d’osmose inverse afin de concentrer le flux aqueux (A2) comprenant la vanilline. En effet la nanofiltration permet d’augmenter la concentration en vanilline ou ses dérivés dans le rétentat de l’étape de nanofiltration tandis que l’eau passe au travers de la membrane (perméat de l’étape de nanofiltration). Le perméat de cette étape de nanofiltration peut avantageusement être recyclé. De manière générale, l’osmose inverse a une limite de coupe inférieure ou égale 100 Da. De manière général, la membrane d’osmose inverse permet de retenir dans le rétentat au moins 97% de NaCl, de préférence au moins 98% de NaCl, très préférentiellement au moins 99%, et encore plus préférentiellement au moins 99,5% de NaCl. De manière générale, la nanofiltration a une limite de coupe inférieure ou égale à 400 Da. De manière générale, la nanofiltration a une limite de coupe supérieure ou égale à 100 Da, par exemple limite de coupe comprise entre 100 et 250 Da. La filtration sur membrane peut être opérée en concentration ou en diafiltration. . La filtration sur membrane peut également être opérée en concentration et en diafiltration. Lorsque la filtration est opérée en diafiltration, il est possible d’utiliser de l’eau ou un flux de recycle issu de la filtration. Le flux de recycle peut contenir de la vanilline ou ses dérivés sous forme protonée ou salifiée. De manière général, le pH de la solution aqueuse de vanilline ou ses dérivés est adapté de manière à être compatible avec le type de membrane de nanofiltration ou d’osmose inverse utilisé dans le cadre du procédé de la présente invention. Le pH peut être compris entre 1 et 11. Le pH peut notamment être adapté de manière à retenir une partie, de préférence la majorité de la quantité de vanilline ou ses dérivés dans le retentât. La nanofiltration est en général opéré sous pression, en général la pression est comprise entre 10 et 50 bar, de préférence comprise entre 10 et 30 bar. L’osmose inverse est en général opérée sous pression, en général la pression est supérieure ou égale à 30 bar, de préférence est comprise entre 30 et 60 bar, de préférence comprise entre 40 et 60 bar. La membrane de nanofiltration ou d’osmose inverse peut avantageusement être une membrane de type céramique ou polymérique de préférence de type polyamide, polypiperazine-amide, polyamide aromatique, acétate de cellulose.
Le procédé de la présente invention comprend au moins une étape de cristallisation de la vanilline ou ses dérivés contenus dans le flux aqueux (A2).
L’étape de cristallisation permet de purifier un flux aqueux (A2) comprenant de la vanilline ou ses dérivés. De préférence, le flux aqueux (A2) présente une pureté comprise entre 85% et 99%, de préférence supérieure ou égale à 90%, très préférentiellement supérieure ou égale à 95%. Avantageusement l’étape de cristallisation permet de produire une vanilline ou ses dérivés purifiés ayant une pureté supérieure ou égale à 95%, de préférence supérieure ou égale à 97%, très préférentiellement supérieure ou égale à 99%. La vanilline ou ses dérivés ayant une pureté comprise entre 85% et 99% peut en outre comprendre au moins un autre composé choisi parmi alcool vanillique ou ses dérivés, acide vanillique, gaïacol, acétovanillone, 4-((4-hydroxy-3-méthoxy-benzyl)oxy)-3-méthoxybenzaldehyde et 4- hydroxy-3 -(4-hydroxy-3 -méthoxybenzyl)-5 -méthoxybenzaldéhyde.
La cristallisation est généralement conduite dans une solution alcoolique. De préférence le solvant utilisé pour la cristallisation peut être un alcool soluble avec l’eau, de préférence l’éthanol. Le solvant utilisé pour la cristallisation peut être un mélange eau/alcool. En général, la quantité d’alcool est comprise entre 2% et 40% en masse, de préférence comprise entre 5% et 35% en masse, et très préférentiellement comprise entre 15% à 25% en masse. De manière générale, lors de la cristallisation, la concentration en vanilline ou ses dérivés, en début de cristallisation, est comprise entre 5% et 60% en poids, de préférence comprise entre 10% et 50% en poids, avantageusement comprise entre 15% et 35% en poids, et encore plus préférentiellement entre 15% et 25%. Très avantageusement la cristallisation permet la séparation de la vanilline ou ses dérivés des impuretés contenues dans le flux aqueux (A2), cette séparation est avantageusement conduite sans dégradation de la vanilline ou ses dérivés. La cristallisation est réalisée à une température comprise entre 0°C et 50°C. Le rendement de la cristallisation est généralement supérieur ou égal à 80%.
Selon un autre mode de réalisation, la cristallisation peut être réalisée dans l’éthanol. Le flux aqueux (A2) est évaporé, puis de l’éthanol est ajouté afin de cristalliser la vanilline.
Avantageusement le procédé de la présente invention ne requiert aucun solvant organique à l’exception du solvant de cristallisation.
Alternativement, le flux aqueux (A2) peut être soumis à une étape de précipitation. La précipitation de la vanilline ou ses dérivés est en général réalisée à une température comprise entre 0°C et 6°C. Lors de la précipitation, le pH du flux aqueux (A2) peut être ajusté pour atteindre une valeur comprise entre 5 et 8. Un précipité (P) de vanilline est obtenu.
Le précipité (P) peut être soumis à au moins une étape de cristallisation telle que décrite ci- dessus.
La vanilline ou ses dérivés obtenus à l’issue de l’étape de précipitation et/ ou de cristallisation présente généralement une couleur en solution éthanolique à 10% en poids inférieure ou égale à 150 Hazen, de préférence inférieure ou égale à 100 Hazen, et très préférentiellement inférieure ou égale à 50 Hazen.
Selon un autre aspect du procédé de purification, le flux aqueux (Al) comprenant la vanilline ou ses dérivés, sous forme salifiée ou protonée, est soumis à une étape d’extraction liquide- liquide. Lors de l’étape d’extraction liquide-liquide, la vanilline ou ses dérivés sous forme salifiée est lavée dans un flux aqueux (A2). Les impuretés contenues dans le flux aqueux (Al) sont extraites en solution organique (01).
De manière générale, le pH de la solution aqueuse est supérieur à 7, de préférence supérieur à 7,5, très préférentiellement supérieur à 8.
De manière générale, le solvant d’extraction est choisi pour ses propriétés de solubilisation des impuretés contenues dans le flux aqueux (Al), avantageusement le solvant peut être d’origine biosourcée. De préférence, la solubilité de la vanilline ou ses dérivés sous forme protonée ou salifiée est meilleure dans l’eau que dans le solvant d’extraction. Selon un aspect, le solvant choisi est compatible avec les normes de l’industrie alimentaire, notamment FEMA GRAS, non-miscible à l’eau. De préférence le solvant est choisi parmi méthyléthylcétone, méthylisobutylcétone, acétate d’éthyle, acétate d’isopropyle ou leurs mélanges.
L’étape d’extraction liquide/liquide peut être une extraction liquide-liquide discontinue. Afin de maximiser la quantité de vanilline ou ses dérivés obtenus dans la phase aqueuse (A2), le ratio volumique de solvant par rapport au flux aqueux (Al) comprenant la vanilline ou ses dérivés est compris entre 1 : 5 et 5 :1, de préférence compris entre 1 :2 et 5 :1, préférentiellement compris entre 1 : 1 et 5 :1, de préférence compris entre 1,5 :1 et 3 :1.
Selon un autre aspect, l’étape d’extraction liquide/liquide peut être réalisée en continu. De manière générale, le ratio volumique de solvant par rapport au flux aqueux (Al) comprenant la vanilline ou ses dérivés est compris entre 5 : 1 et 1 :2, de préférence compris entre 3:1 et 1:1.
Le rendement en vanilline ou ses dérivés de l’étape d’extraction liquide/liquide est généralement supérieur ou égal à 95%, de préférence supérieur ou égal à 97%, très préférentiellement supérieur ou égal à 98%.
Selon un aspect particulier, les étapes de séparation de la biomasse et d’extraction liquide/liquide peuvent être réalisées simultanément. Cet aspect particulier permet de laver la vanilline ou ses dérivés sous forme protonée ou salifiée dans le flux aqueux (A2) à partir du moût de fermentation. La biomasse est ensuite séparée du système bi-phasique. Ce procédé est avantageux en ce que la perte en vanilline ou ses dérivés dans la biomasse est réduite. Cette étape de séparation peut notamment être effectuée en continu par centrifugation en particulier en employant une centrifugeuse deux ou trois phases ou un extracteur à contre- courant, de préférence une centrifugeuse trois phases.
La concentration (C) du flux aqueux (A2), comprenant la vanilline ou ses dérivés, obtenu à l’issue de l’étape d’extraction liquide/liquide est généralement comprise entre 0,1% en poids et 10% en poids.
Le flux aqueux (A2) peut ensuite être soumis à une étape de cristallisation telle que décrite précédemment. Préalablement, à l’étape de cristallisation, le flux aqueux (A2) comprenant la vanilline ou ses dérivés peut être concentré de manière à ce que la concentration en vanilline ou ses dérivés dans le flux aqueux soit comprise entre 5% et 60% en poids.
Alternativement, le flux aqueux (A2) peut être soumis à une étape de précipitation. La précipitation de la vanilline ou ses dérivés est en général réalisée à une température comprise entre 0°C et 6°C. Lors de la précipitation, le pH du flux aqueux (A2) peut être ajusté pour atteindre une valeur comprise entre 5 et 8. Un précipité (P) de vanilline ou ses dérivés est obtenu.
Le précipité (P) peut être soumis à au moins une étape de cristallisation telle que décrite ci- dessus.
Dans le cadre de la présente invention, préalablement aux étapes de cristallisation et/ou de précipitation, le flux aqueux (A2) peut optionnellement être traité sur charbon ou sur résine, tels que décrits notamment dans la demande WO 2011/039331.
Avantageusement, la vanilline ou ses dérivés, obtenus à l’issue du procédé selon la présente invention, présente généralement une couleur en solution éthanolique à 10% en poids inférieure ou égale à 150 Hazen, de préférence inférieure ou égale à 100 Hazen, et très préférentiellement inférieure ou égale à 50 Hazen. Par ailleurs la vanilline ou ses dérivés obtenus à l’issue du procédé de purification selon la présente invention présente des propriétés organoleptiques conformes.
Exemples
Exemple 1 :
Soit un moût de fermentation stabilisé tel que défini dans le Tableau 1 est soumis à un procédé de purification tel que décrit ci-après.
Tableau 1 : Composition du moût de fermentation
La biomasse est séparée de la phase aqueuse par diafiltration tangentielle sur une membrane en céramique avec un diamètre de pore de 0,2 pm. L’ajout de 2 dia-volumes permet d’obtenir un rendement en vanilline >95%.
La solution aqueuse obtenue, séparée de la biomasse, est salifiée à pH=8.5 puis concentrée par osmose inverse. Cette dernière solution de vanilline, sous forme salifiée et concentrée, est lavée par son volume équivalent d’acétate d’isopropyle afin d’éliminer les composés organiques non salifiés. La vanilline sous forme salifiée est ensuite précipitée par diminution du pH à 5, puis filtrée et lavée à l’eau avant d’être séchée et broyée. La pureté de la vanilline obtenue est de 98% et présente de bonnes propriétés organoleptiques. Exemple 2 :
Un moût de fermentation tel que défini à l’exemple 1 est soumis à une étape de séparation de la biomasse tel que décrit à l’exemple 1 pour fournir une solution aqueuse. La solution aqueuse est ensuite soumise à une étape de nanofiltration selon les conditions ci- dessous :

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de purification d’un moût de fermentation (M), obtenu par un procédé biotechnologique, comprenant de la biomasse et de la vanilline ou ses dérivés en solution aqueuse, pour la préparation d’une vanilline ou ses dérivés cristallisés, caractérisé en ce que tout au long du procédé de purification, la vanilline ou ses dérivés sous forme protonée ou salifiée restent en solution aqueuse et comprenant :
Une étape (a) de séparation de la biomasse de la biomasse d’un moût de fermentation (M) d’un flux aqueux (Al) comprenant la vanilline ou ses dérivés, et Au moins une étape dans laquelle le flux aqueux (Al) est soumis à une étape de filtration par nanofiltration ou osmose inverse caractérisé en ce que l’osmose inverse a une limite de coupe inférieure ou égale à 100 Da et la nanofiltration a une limite de coupe inférieure ou égale à 400 Da, de préférence comprise entre 100 et 250 Da.
2. Procédé de purification selon la revendication 1 caractérisé en ce que la membrane de nanofiltration ou d’osmose inverse est une membrane de type céramique ou polymérique de préférence de type polyamide, polypiperazine-amide, polyamide aromatique, acétate de cellulose.
3. Procédé de purification selon l’une quelconque des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que le pH est compris entre 1 et 11.
4. Procédé de purification selon l’une quelconques des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la pression lors de la nanofiltration est comprise entre 10 et 50 bar ou est supérieure ou égale à 30 bar en osmose inverse.
5. Procédé de purification selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 comprenant en outre une étape (aO) de stabilisation du moût de fermentation (M).
6. Procédé de purification selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le flux aqueux (Al) comprenant la vanilline ou ses dérivés est soumis à au moins une étape de filtration telle que filtration frontale ou filtration tangentielle, en particulier filtration sur membrane, telle que microfiltration, ultrafiltration, pour permettre d’obtenir un flux aqueux (A2) comprenant la vanilline ou ses dérivés, sous forme protonée ou salifiée.
7. Procédé de purification selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le flux aqueux (Al) comprenant la vanilline ou ses dérivés, sous forme salifiée est soumis à une étape d’extraction liquide-liquide pour permettre d’obtenir un flux aqueux (A2) comprenant la vanilline ou ses dérivés, sous forme protonée ou salifiée.
8. Procédé de purification selon l’une quelconque des revendications 6 à 7 caractérisé en ce que ledit procédé comprend au moins une étape de cristallisation de la vanilline ou ses dérivés contenue dans le flux aqueux (A2), de préférence dans une solution alcoolique.
9. Procédé de purification selon l’une quelconque des revendications 6 à 8 caractérisé en ce que ledit procédé comprend au moins une étape de précipitation de la vanilline ou ses dérivés contenue dans le flux aqueux (A2).
10. Procédé de purification selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que la vanilline ou ses dérivés obtenus présentent une couleur en solution éthanolique à 10% en poids inférieure ou égale à 150 Hazen, de préférence inférieure ou égale à 100 Hazen, et très préférentiellement inférieure ou égale à 50 Hazen.
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