FR2646857A1 - Procede pour obtenir sous forme grenue des polysaccharides formes par des bacteries du genre xanthomonas ou arthrobacter - Google Patents

Abstract

Dans un procédé dans lequel on ajoute au milieu de fermentation un liquide pour précipiter les polysaccharides, on les sépare, on les lave avec un liquide organique qui avantageusement sert aussi de liquide de précipitation, on les sépare puis on les sèche, on effectue en gros la séparation des particules de polysaccharides après leur lavage, on les maintient en mouvement avec addition d'eau et, de préférence en continuant à les maintenir en mouvement, on les sèche ensuite. Application des particules grenues et fluides : régulateur des propriétés d'écoulement de systèmes aqueux.

Description

L'invention concerne un procédé pour obtenir, sous forme grenue et

coulante ou fluide, des polysacoharides formés par des bactéries du genre X.anthomonas ou

Arthrobacter, procédé dans lequel on précipite les polysac-

charides en ajoutant un agent liquide de précipitation au milieu de fermentation, on sépare les polysaccharides, on

les lave avec un liquide organique de lavage que l'on uti-

lise avantageusement aussi comme agent liquide de précipi-

tation, on les sépare puis on les sèche.

De tels procédés sont connus et sont décrits, mais sans en constituer nullement l'objet mbme de l'invention,

par exemple dans le brevet AT-330-121.

Les polysaccharides formés par la fermentation de Xanthomonas et d'Arthrobacter sont des exopolysaccharides; les produits formés par des bactéries du genre Xanthomonas sont appelés du xanthane et constituent un produit obtenu à

grande échelle industrielle qui, en raison de son comporte-

ment rhéologique, sert de régulateur des propriétés d'écou-

lement de systèmes aqueux et de stabilisant d'émulsions et de suspensions. Sa grande thermostabilité, sa résistance

dans une large gamme de pH et la compatibilité extraordi-

nairement élevée avec des sels ont ouvert au xanthane un large domaine d'applications industrielles. C'est ainsi que le xanthane formé par fermentation de x.anthomonas campestris est autorisé comme épaississant et stabilisant

dans des produits alimentaires.

Industriellement, on produit le xanthane par une

fermentation aérobie d'un bouillon de fermentation conte-

nant du glucose. Après l'épuisement de la source de carbone, le mélange ou la bouillie contenant du xanthane est pasteurisé(e) et le xanthane est précipité par addition d'un liquide organique, dans la plupart des cas un alcool

inférieur tel que l'isopropanol. Quand on utilise de l'iso-

propanol, la concentration provoquant une précipitation se situe entre 45 et 60 % en poids d'alcool. La concentration de précipitation subit l'influence de la teneur du mélange

ou de la bouillie en des électrolytes et cette concentra-

tion peut être abaissée par addition de sels avant la pré-

cipitation. Puis le xanthane précipité et séparé est repris, mais non pas dissous, dans un liquide organique

convenable pour la poursuite de sa purification. Habituelle-

ment, le liquide de lavage est identique-au.liquide utilisé

pour la précipitation et il s'agit donc aussi, dans la plu-

part des cas, d'isopropanol. Apres séparation du-xanthane la-

v-é et donc purifié, ce xanthane est séché et broyé.

Dans sa forme marchande usuelle, le xanthane est un produit pulvérulent fluide ou "coulant". Comme la fluidité de la poudre est déterminée par la structure des particules individuelles, on souhaite obtenir des particules à aspect grenu} cependant que les particules fibreuses et duvetées créent des difficultés lors du broyage, de l'emballage et

enfin lors de l'addition dosée.

Le brevet AT-330 121 concerne le problème consistant

& obtenir du xanthane présentant des particules grenues et.

non pas fibreuses et ce brevet antérieur propose, pour résoudre ce problème, d'utiliser un liquide de lavage dont la proportion organique ne doit pas se situer au-delà d'une certaine gamme (car cela donnerait une structure fibreuse) et ne doit pas se situer au-dessous d'une certaine gamme (car cela donnerait un produit collant), cette gamme étant à déterminer par des essais. C'est ainsi qu'il est indiqué pour un système isopropanol/eau comme liquide de lavage, que la teneur en isopropanol doit excéder de 8 & 25 % en poids la teneur en isopropanol convenant juste bien' pour dissoudre le xanthane; pour un système tertio- butanol/eau, on indique une gamme de 9 à 28 % en poids. Les distillats azéotropiques usuels, c'est-à-dire 87,8 % d'isopropanol ou 96,5 % de tertio-butanol, s'avèrent expressément, selon le brevet AT 330 121, comme étant des liquides de lavage ne convenant pas pour l'obtention d'une structure grenue. Ces

alcools doivent toujours être dilués par de l'eau.

Il en résulte cependant qu'on ne peut pas ensuite utiliser directement et sans précautions le liquide de lavage comme agent liquide de précipitation, car ce

liquide présente une trop faible concentration en alcool.

L'agent liquide de précipitation aussi bien que le liquide de lavage doivent alors subir un traitement de préparation

pour pouvoir bien jouer leur rôle respectif.

I1 vient d'être trouvé que méme lorsqu'on utilise, de manière souhaitée en soi, des liquides de lavage à forte teneur en constituants organiques et bien qu'il se forme alors tout d'abord une structure fibreuse du xanthane, il est possible d'obtenir un produit final grenu et "coulant"

ou fluide.

Le procédé selon l'invention se caractérise en ce qu'après leur lavage, les particules du polysaccharide sont séparées en gros du liquide de lavage, sont maintenues en mouvement avec addition d'eau et avantageusement avec poursuite du maintien en mouvement- elles sont ensuite séchées. Avantageusement, on ajoute alors aux particules-de

polysaccharide jusqu'à environ 40 %, en particulier 8 a.

% et de façon particulièrement préférée 10 à 15 % d'eau,

par rapport à leur poids sec.-

En d'autres termes, on humecte ou mouille les fibres de xanthane avant de les sécher, en essayant d'obtenir une répartition aussi régulière que possible de la quantité d'eau ajoutée, ce qui implique donc l'obligation d'un

mélangeage intensif.

La quantité totale d'eau ne doit pas alors être ajoutée en une seule fois, afin d'éviter la formation d'amas ou de grumeaux. Avantageusement, l'eau est ajoutée, de préférence en continu, en un espace de temps allant Jusqu'à 1 h et en particulier en un espace de temps allant jusqu'à 10 A 30 min. Il est admis que, dans le procédé selon l'invention,

il se produit un début de dissolution puis une aggloméra-

tion des fibres de xanthane. On obtient un produit final

grenu, s'écoulant librement et de manutention facile.

En maintenant la matière en mouvement, on évite la

formation d'assez gros agrégats.

Comme, pendant le séchage subséquent, l'agent de

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lavage encore présent s'évapore, c'est-a-dire que la con-

centration en H20 augmente ponctuellement, il est avan-

tageux de maintenir la matière en mouvement aussi pendant

le séchage.

De manière extrêmement favorable, le mouillage de la

matière lavée a lieu dans le sécheur lui-même, en particu-

lier dans un sécheur à tambour, dont le tambour tourne alors. Une forme préférée de mise en oeuvre du traitement de lavage/séchage selon l'invention peut se décrire comme suit:

le xanthane précipité est repris dans de l'isopro-

panol obtenu par distillation industrielle (isopropanol à 87 % environ) et le xanthane est lavé ainsi sous agitation à la température ambiante. Le temps de séjour va de 10 A min. La quantité de l'isopropanol représente alors de 10 à 100 fois, avantageusement de 45 à 55 fois, la quantité du xanthane. Apres cette opération de lavage, le xanthane a une structure fibreuse et, après sa séparation d'avec la

solution de lavage, on l'introduit dans un sécheur à tam-

bour, fonctionnant sous vide. Pour pouvoir réaliser un mélangeage intensif du produit, ce sécheur est équipé d'un dispositif d'essorage. Avant le début du séchage, on projette par pulvérisation de l'eau dans le sécheur, sous mélangeage intense, sur le xanthane fibreux. Pour éviter une formation éventuelle d'amas ou de grumeaux, l'eau doit

être finement répartie. On y parvient par une lente addi-

tion A l'aide de buses pendant le mélangeage poussé. Le temps consacré à l'addition se situe entre 10 et 30 min. La quantité d'eau ajoutée représente 8 A 30 *, avantageusement A 15 %, de la quantité de substance sèche placée dans le sécheur. Si l'on ajoute trop peu d'eau, le produit reste fibreux. De trop grandes quantités d'eau provoquent la

formation de grains difficiles 'à broyer. Le séchage subsé-

quent, avec poursuite du mélangeage intense, a lieu de la manière ménagée habituelle, sous vide, et doit garantir la présence d'une teneur suffisamment faible en isoppopanol résiduel dans le produit final (teneur inférieure à 500 millionièmes ou 500 ppm). Avant l'addition d'eau, on sépare, par exemple par expression, de l'ensemble particules de polysaccharide/phase d'agent de lavage, une quantité de liquide de lavage telle qu'il y ait ensuite une teneur en matière sèche représentant au moins 40 % environ,

avantageusement de 50 à 55 % de la masse. Le séchage lui-

même a lieu dans une gamme de la température allant de 50 à

OC, avantageusement entre 60 et 80 OC, et avantageuse-

ment avec application d'une dépression. En particulier, on

applique un vide résiduel d'environ 100 mbars.

Grâce au maintien sous mouvement intense de la matière avec addition d'eau, on transforme à l'aide du

dispositif d'essorage les fibres en des particules sphéri-

ques. Comme, pendant le séchage, l'isopropanol volatil part le premier lors de ce séchage, la teneur plus élevée en eau de la matière sèche facilite le début de dissolution des

fibres de xanthane. Il en résulte également ainsi des par-

ticules de xanthane ayant une structure grenue plus dense.

Comme l'isopropanol ne doit pas être dilué pour le lavage, cette façon d'opérer présente notamment l'avantage que la solution utilisée pour le lavage ne nécessite pas de régénération mais peut servir directement, chose favorable pour le prix de revient des opérations totales, pour la précipitation du xanthane du mélange ou de la bouillie. On

peut ainsi économiser des frais de fonctionnement et d'ins-

tallation qui seraient, sinon, nécessaires pour une régéné-

ration du liquide de lavage. Il suffit d'une seule instal-

lation de purification et de récupération de l'isopropanol.

L'utilisation, favorable du point de vue du prix de revient, de la solution de lavage pour précipiter le xanthane du mélange ou de la bouillie, est rendue possible par la concentration élevée en isopropanol de la solution

de lavage. Pour une quantité donnée de mélange ou de bouil-

lie et pour une concentration donnée pour la précipitation, la quantité d'alcool à régénérer dépend de la concentration en isopropanol de l'agent de précipitation. Comme l'élévation

de la concentration en isopropanol dans l'agent de précipi-

tation conduit à une diminution de la quantité d'isopro-

panol à régnérer on diminue ainsi les frais de régénération.

La totalité des opérations du procédé ressort égale-

ment de l'exemple pratique suivant.

Exemple:

Par une fermentation aérobie d'une solution nutri-

tive contenant du glucose (40 g/l), solution ensemencée en

Xanthomonas campestris, on obtient un bouillon de fermenta-

tion. On arrête la fermentation quand la teneur en sucre résiduel est inférieure à 0,1%. On pasteurise le bouillon de fermentationpuis l'on précipite en continu le xanthane par l'addition d'isopropanol à 86 % en poids environ. La précipitation a lieu dans un récipient d'un volume de 100 1, équipé d'un agitateur A turbine, dans lequel on introduit par pompage parallèle la bouillieou mélange, et

de l'isopropanol à 86 % en poids environ. On retire simul-

tanément à l'aide d'une pompe le xanthane précipité avec le mélange alcool/eau dans lequel il est en suspension. Le

rapport de la quantité de mélange ou de bouillie à la quan-

tité d'alcool est déterminé par la concentration correspon-

dant à la précipitation et qui se situe à environ 50 % en poids d'isopropanol. Pour garantir un contact intense entre le mélange et l'isopropanol, on fait tourner A 1000 tr/min l'agitateur à turbine. Puis l'on sépare les fibres de xanthane du liquide qui les recouvre, on met les fibres en suspension dans 50 fois leur quantité en isopropanol (à 86 * en poids) et, sous agitation intense (agitateur à turbine tournant A 1000 tr/min), on lave les fibres durant 10 min. La précipitation aussi bien que le lavage ont lieu A 20 *C environ. On sépare à l'aide d'un tamis à fines mailles le xanthane fibreux ainsi lavé et on l'exprime manuellement. a) Traitement subséquent réalisé de façon différente de celle de l'invention: On introduit 30 kg du produit humide (cette quantité correspond à environ 15 kg de substance sèche de xanthane) dans un sécheur industriel & tambour fonctionnant sous vide. Le sécheur à tambour est équipé d'un dispositif

d'essorage pour le mélange poussé de la matière sèche.

Apres l'application de la dépression, on chauffe, en fai-

sant fonctionner le dispositif d'essorage (tournant à 300 tr/min) jusqu'à atteindre une température finale de *C et un vide résiduel de 100 mbars. Le xanthane séché a une teneur en matière sèche (ou un extrait sec) d'environ 93 * et il présente une structure fibreuse ou duvetée. Le produit à broyer (grosseur des grains telle que 95 * des grains ont moins de '180 Vm) a une densité apparente de 0,41. La figure 1 annexée montre, avec un grossissement de fois, l'aspect du produit broyé, constitué par des fibres de xanthane après leur lavage par de l'isopropanol a 86 % et leur séchage, sans addition d'eau au début du séchage. Le produit broyé représenté sur la figure 1 ne

correspond donc pas au produit de l'invention.

b) Produit traité selon l'invention: On charge le sécheur A tambour en opérant comme

indiqué en a). Puis l'on met en route le dispositif d'esso-

rage (tournant à 300 tr/min) et l'on projette par pulvéri-

sation, A l'aide d'une buse en l'espace d'environ 10 min,

2 1 d'eau sur le xanthane maintenu en mouvement. L'opéra-

tion de séchage a lieu ensuite comme décrit en a). L'humi-

dité résiduelle se situe i environ 7 %, la teneur en iso-

propanol résiduel se situe au-dessous de 500 millionièmes

(moins de 500 ppm).

La figure 2 montre, avec un grossissement de 50 fois, les grains de la poudre de xanthane que l'on obtient après lavage avec de l'sopropanol à 86 % et addition de 13 * d'eau,(par rapport & la substance sèche de xanthane) avant le début du séchage. Les grains obtenus après broyage ont une plus grande densité apparente que le produit séché sans addition d'eau et ils s'écoulent mieux. La densité apparente se situe après le broyage (qui donne des grains

dont 95 % ont moins de 180 pm) à une valeur moyenne d'envi-

ron 0,7.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour obtenir sous forme grenue et fluide" des polysaccharides formes par des bactéries du genre Xanthomonas ou Arthrobacter, procédé dans lequel on précipite les polysaccharides par addition d'un agent liquide de précipitation au milieu de fermentation, on les sépare, on les lave avec un liquide organique de lavagequi sert avantageusement aussi de liquide de précipitation, on les sépare, puis on les sèche, procédé caractérisé en ce qu'on sépare grossièrement, après le lavage, les particules

du polysaccharide d'avec le liquide de lavage, on les main-

tient en mouvement avec addition d'eau et, de préférence en continuant à les maintenir en mouvement, on les sèche ensuite.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute aux particules de polysaccharide jusqu'à

environ 40 %, en particulier 8 à 30 % et de façon particu-

lièrement préférée 10 à 15 % d'eau, sur la base de leur

poids sec.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caracté-

risé en ce qu'on ajoute l'eau, de préférence en continu, en un espace de temps pouvant aller jusqu'à 1 h et qui est en particulier compris entre 10 min et 30 min.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications

1i à 3, caractérisé en ce que l'addition d'eau a lieu dans

un sécheur à tambour, dont le tambour tourne.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 4, caractérisé en ce qu'on utilise comme liquide de lavage des distillats techniques azéotropes d'alcools ayant un bas poids moléculaire, en particulier de l'éthanol, de l'isopropanol ou du tert.-butanol, ou de mélanges de ces alcools, et l'on utilise de préférence de l'isopropanol à

environ 87,8 t en volume.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 5, caractérisé en ce qu'on utilise comme quantité de liquide de lavage le décuple au centuple, avantageusement

à 55 fois la quantité des polysaccharides.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 6, caractérisé en ce qu'on sépare le liquide de lavage

de façon qu'avant l'addition d'eau le substrat polysaccha-

ridique présente une teneur en matière sèche (ou un extrait sec) d'au moins 40 * environ, et qui de préférence repré-

sente 50 à 55 * de la masse.

8. Procédé selon-1 'une quelconque des revendications

1 à 7, caractérisé en ce qu'on conduit le séchage dans une

gamme de la température allant de 50 & 120 *C, avantageuse-

ment entre 60 et 80 'C.

9. Procédé selon 1 'une quelconque des revendications

1 & 8, caractérisé en ce qu'on conduit le séchage avec application d'une dépression, avantageusement en appliquant

un vide résiduel correspondant à environ 100 mbars.