FR2728269A1 - Procede de traitement d'un mout de fermentation contenant du polysaccharide - Google Patents

Procede de traitement d'un mout de fermentation contenant du polysaccharide Download PDF

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Abstract

- La présente invention concerne un procédé de traitement d'un moût de fermentation destiné à la production d'exopolysaccharide d'origine microbienne. - Le procédé comporte l'adjonction d'un tensio-actif à une solution aqueuse du moût de fermentation qui contient le polysaccharide. - Dans le procédé, le polysaccharide peut être, par exemple du gellane, du welane, du rhamsane, du scléroglucane ou du xanthane. - L'invention concerne également une composition comportant un moût de fermentation contenant des polysaccharides d'origine microbienne et une quantité utile d'un tensio-actif.

Description

La présente invention concerne un procédé de traitement d'une solution
aqueuse d'un moût de fermentation contenant des exopolysaccharides. Ce procédé permet notamment de purifier très simplement la solution en concentrant le polysaccharide dans une
des phases liquides qui se séparent en cours de procédé.
Les moûts de polysaccharides sont obtenus par un procédé de fermentation bien connu: un micro-organisme (champignon, bactérie) producteur de polysaccharide est mis en culture dans un milieu aqueux nutritif renfermant un substrat de carbone, plus
spécialement le glucose.
Pour la production de xanthane, on peut par exemple utiliser Xanthomonas campestris, pour produire du scléroglucane, on peut utiliser Sclerotium rofsii ou Scerotiumon
glucanicumwn, et pour le schizophyllane le champignon Schizophyllum commune.
On connaît par les documents US-4326052, US-4326053, US-4377636 et US4385123, le polysaccharide S-60 appelé gellane dont l'utilisation en solution aqueuse comme agent épaississant, gélifiant et stabilisant est connue dans les domaines
agro-alimentaire, des peintures ou des adhésifs.
Le gellane est un polysaccharide exocellulaire produit par la bactérie Pseudomona elodea (ATCC 31461) quelquefois classifiée comme Auromonas elodea. Cette bactérie aété isolée de tissus de plantes (elodea) collectés en Pennsylvanie. La bactérie a été caractérisée par Kang et Veeder et décrite dans le brevet US-4326053. Le gellane est aussi produit par
fermentation aérobie.
La méthode d'extraction du gellane du moût de fermentation classiquement utilisée comporte notamment une pasteurisation suivie d'une élimination des cellules par filtration ou centrifugation, puis une précipitation du polysaccharide avec un solvant tel que l'isopropanol. Mais la précipitation est une méthode lourde à mettre en oeuvre car elle nécessite de grandes quantités de solvant, un chauffage et une dilution du moût avant l'ajout
du solvant. De plus, elle peut provoquer une agrégation du polymère en solution.
Ainsi la présente invention concerne un procédé de traitement d'une solution aqueuse d'un moût de fermentation contenant des exopolysaccharides d'origine microbienne. Dans le procédé, on provoque une séparation de phases de la solution par
l'adjonction d'une quantité déterminée d'un tensio-actif.
On peut incorporer le tensio-actif goutte à goutte, sans agitation. On peut incorporer entre 0,1 et 10 g/l de tensio-actif pour 1 g/lI de polysaccharide
contenu dans la solution, et préférentiellement entre 1 et 5 g/l de tensio-actif.
On peut récupérer une première phase qui contient principalement du
polysaccharide pratiquement purifié.
On peut traiter la première phase par une adjonction de trifluorotrichlorothane, on peut effectuer une homogénéisation puis une centrifugation pour retirer sensiblement
totalement la faible concentration restante de protéines.
Une seconde phase peut comporter principalement des résidus et le tensioactif.
Le tensio-actif peut être anionique ou non ionique.
Le tensio-actif peut être du dodécylsulfate de sodium.
Les polysaccharides peuvent être choisis parmi le groupe constitué par le gellane, welane, rhamsane, xanthane, scléroglucane, schizophyllane, curdlane, pullulant, les
dextranes, alginate et du succinoglucane.
L'invention concerne également une composition comportant un moût de fermentation contenant des polysaccharides d'origine microbienne et une quantité utile d'un tensio-actif. Toutes les applications actuellement connues des polysaccharides d'origine microbienne peuvent être mises en oeuvre en utilisant le produit obtenu par le procédé selon la présente invention. Les applications peuvent être de préférence comme épaississant, stabilisant ou viscosifiant, dans les domaines alimentaire, cosmétique, des pointures, de
l'industrie du papier ou des fluides de puits pétroliers.
De plus, dans le cas du gellane, le produit obtenu par le procédé selon la présente invention, présente notamment l'avantage d'être facilement obtenu sous une forme
estérifiée.
Dans le procédé connu, l'obtention du gellane commercial est le résultat de trois étapes: - le gellane natif est obtenu directement à partir du moût de fermentation aprs chauffage de celui-ci à 95"C pendant 5 minutes et précipitation à l'alcool isopropyliqlue, - la seconde étape, dite désestérification du gellane natif, consiste à amener le pH de la solution à 10 avec de la soude ou de la potasse lorsque le moût de fermentation est à C On maintient le pH à cette valeur durant 10 minutes, - la solution est ensuite neutralisée par de l'acide sulfurique, puis le produit est précipité à l'alcool. Le gellane non clarifié est composé de près de 50% de matériel insoluble principalement constitué de cellules entières et de débris cellulaires, ces impuretés sont dans ce cas éliminées du produit désestérifié par une centrifugation ou une filtration à 700C Ce procédé provoque la rupture des liaisons esters des groupements latéraux du polysaccharide natif qui contient un acétate et un glycérate. Le polysaccharide désestérifié est commercialisé sous le nom de GELRITE ou KELCOGEL par la société MERK & Co
(USA). La description du produit et d'un procédé d'obtention sont divulgués dans les
documents US-4326052, US4326053, US-4377636 et US-4385123.
On sait que les gels préparés à partir de gellane deviennent de plus en plus fragiles en fonction du degré de désestérification du polysaccharide. Lorsqu'on prépare des gels à partir de gellane désestérifié, par exemple pour les applications agro-alimentaires, on doit ajouter des quantités importantes de cations afin de stabiliser le réseau polymorphe. Afin d'améliorer la performance de leur gellane désestérifié la société MERK & Co (USA) ajoute généralement les concentrations suivantes en cations: Na+ (2 mg/g), K+ (20 mg/g),
Ca++ (5 mg/g), Mg++ (1,5 mg/g).
Par rapport aux gels obtenus avec le gellane désestérifié du commerce, les gels obtenus avec le gellane estérifié obtenu selon la présente invention, sont moins fragiles et peuvent voir leur stabilité augmentée aux températures extremes ou aux fortes salinités. En effet, la structure du gellane est telle qu'il est clair que les parties estérifiées lui confèent une
très bonne stabilité.
L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la
lecture des exemples qui suivent.
Expérimentation 1: - On prépare une solution aqueuse de gellane à partir d'un moût de fermentation contenant environ 9,2 g/l de gellane et 3,3 g/l de cellules, dont la moitié est composée de
protéines. La solution est diluée à la concentration de 1 à 2 g/l de gellane.
- On agite la solution à environ 300-750 tours/minute à une température de 30C.
- On ajoute à la solution de gellane un volume égal d'une solution aqueuse de SDS (dodécylsulfate de sodium) goutte à goutte, au rythme d'environ une goutte par seconde, sans agitation et à 30 C
- Une séparation de phase a lieu au fur et à mesure de l'adjonction du tensio-actif.
- On place la solution ainsi obtenue dans un moyen de réfrigération à environ 4 C, par exemple pendant 1 à 30 jours afin d'accélérer la précipitation du tensio-actif libre en solution. - On retire avec une seringue la phase supérieure qui contient principalement du
gellane pratiquement purifié. Environ 75% du gellane initial est contenu dans cette phase.
Bien entendu, il est possible de répéter l'opération sur la solution restante.
- On centrifuge la phase supérieure à 12000 tours/min, à 4 C pendant 30 minutes.
- On laisse décanter la solution de gellane, puis on effectue une séparation des protéines restantes dans la solution de gellane en ajoutant à la solution une quantité sensiblement égale de trifluorotrichloroéthane. On mélange pour homogénéisation puis on
effectue une centrifugation.
Le surnageant obtenu est riche en gellane estérifié et contient très peu de protéines.
La concentration mesurée en protéines est inférieure à la limite de détection de la méthode du biuret, soit inférieure à 0,2 g/l. La méthode du biuret est décrite par D. Herbert, PJ. Phipps et R.E. Strange dans "Methods in microbiology, Vol. 5-B", Eds J.R. Nonis and
D.W. Ribbons, Academic Press, London, 209-344 (1971).
On peut également éliminer les protéines restantes par dialyse, en utilisant une
membrane ayant un seuil de coupure de 104 à 105 daltons.
Expérimentation 2: L'opération de traitement d'un moût de polysaccharide selon l'invention a été
répétée avec un moût de xanthane.
Le xanthane utilisé lors de ce test présente une masse moléculaire de 5. 106, un taux
de pyruvate de 70% et un taux d'acétate de 100%.
La concentration en xanthane dans le moût est de l'ordre de 30 g/l.
Une solution aqueuse du moût est préparée avec 10 grammes de moût et 180 ml
d'eau pure. La concentration en xanthane dans la solution est d'environ 1 g/l.
Un volume égal d'une solution aqueuse de tensio-actif SDS (dodécylsulfate de
sodium) à 5 g/l est ajoutée, goutte à goutte, à température ambiante, et sans agitation.
Une séparation de phase a lieu pendant l'adjonction de tensio-actif. La phase
supérieure est riche en xanthane, avec un rendement supérieur à 75%.
La concentration en protéine dans la phase riche en xanthane est en dessous de la
limite de détection de la méthode du biuret.
Les deux expérimentations ont été répétées avec d'autres tensio-actifs que le SDS: par exemple pour les tensio-actifs anioniques: - a-oléfine sulfonate de sodium - Phosphates d'alcools éthoxylés - Lignosulfonate de sodium - Alkyl lauryl sulfonate de sodium - Di-octyl sulfosuccinate de sodium - Sophorolipide forme acide - Sophorolipide forme brute pH=6 Sophorolipide forme brute pH=3,85
Pour les nonioniques: les alkyls phénols éthoxylés.
Les résultats obtenus sont très similaires à ceux obtenus avec le SDS, ce qui montre que les tensio-actifs anioniques ou non ioniques peuvent être utilisés dans le procédé de
traitement selon l'invention.
Il faut noter que le tensio-actif utilisé est concentré dans la phase la moins riche en polysaccharide et peut être aisément récupéré pour d'autres utilisations, après une étape de
séparation des résidus, protéines et cellules, selon des méthodes connues.

Claims (8)

REVENDICATIONS
1) Procédé de traitement d'une solution aqueuse d'un moût dc fermentation contenant des exopolysaccharides d'origine microbienne, caractérisé en ce que l'on provoque une séparation de phases de la solution par l'adjonction d'une quantité déterminée
d'un tensio-actif.
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on incorpore ledit
tensio-actif goutte à goutte, sans agitation.
3) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on
incorpore entre 0,1 et 10 g/1 de tensio-actif pour 1 g/l de polysaccharide contenu dans la
solution, et préférentiellement entre 1 et 5 g/i de tensio-actif.
4) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on
récupère une première phase qui contient principalement du polysaccharide pratiquement
purifié.
) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce l'on traite ladite première phase par une adjonction de trifluorotrichloroéthane, on effectue une homogénéisation puis une centrifugation pour retirer sensiblement totalement la faible concentration restante de
protéines.
6) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en cc qu'une
seconde phase comporte principalement des résidus et ledit tensio-actif.
7) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit
tensio-actif est anionique ou non ionique.
8) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit
tensio-actif est du dodécylsulfate de sodium.
9) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits
polysaccharides sont choisis parmi le groupe constitué par le gellane, welane, rhamsane, xanthane, scléroglucane, schizophyllane, curdlane, pullulane, les dextranes, alginate et du succinoglucane. ) Composition comportant un moût de fermentation contenant des polysaccharides d'origine microbienne, caractérisée en ce qu'elle comporte une quantité utile
d'un tensio-actif.
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