FR3120627A1 - Procédé de purification de vanilline ou d’un dérivé de vanilline obtenus par un procédé biotechnologique - Google Patents
Procédé de purification de vanilline ou d’un dérivé de vanilline obtenus par un procédé biotechnologique Download PDFInfo
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Abstract
Titre : Procédé de purification de vanilline ou ses dérivés obtenus par un procédé biotechnologique La présente invention se réfère à 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, le dit procédé de purification comprenant : Une étape de séparation de la biomasse d’un moût de fermentation (M) d’un flux aqueux (A1) comprenant la vanilline ou ses dérivés, Au moins une étape d’extraction liquide-liquide du flux aqueux (A1) comprenant la vanilline ou ses dérivés, ladite étape d’extraction permettant de séparer un flux aqueux (A2) et un flux organique (O1) comprenant la vanilline ou ses dérivés, Au moins une étape de concentration du flux organique (O1) pour obtenir un flux organique (O2) dans laquelle les composés ayant un point d'ébullition moins élevé que celui de la vanilline ou ses dérivés sont séparés dudit flux organique (O1), Au moins une étape dans laquelle les composés ayant un point d'ébullition plus élevé que celui de la vanilline ou ses dérivés sont séparés d’un flux organique (O2) comprenant la vanilline ou ses dérivés pour obtenir un flux (O3), Au moins une étape de cristallisation de la vanilline ou ses dérivés contenue dans le flux (O3). Pas de figure pour l’abrégé
Description
Domaine de l’invention
La présente invention concerne un procédé de purification de vanilline ou d’un dérivé de vanilline 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 « Preparation of lignin from 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 l’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 peuvent contenir certaines impuretés ayant des points d’ébullition très proches de la vanilline ou 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 et/ou impuretés.
C’est pourquoi il serait avantageux de disposer d’un procédé amélioré 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 permette de produire une vanilline 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, le dit procédé de purification comprenant :
- Une étape de séparation de la biomasse d’un moût de fermentation (M) d’un flux aqueux (A1) comprenant la vanilline ou ses dérivés,
- Au moins une étape d’extraction liquide-liquide du flux aqueux (A1) comprenant la vanilline ou ses dérivés, ladite étape d’extraction permettant de séparer un flux aqueux (A2) et un flux organique (O1) comprenant la vanilline ou ses dérivés,
- Au moins une étape de concentration du flux organique (O1) pour obtenir un flux organique (O2) dans laquelle les composés ayant un point d'ébullition moins élevé que celui de la vanilline ou ses dérivés sont séparés dudit flux organique (O1),
- Au moins une étape dans laquelle les composés ayant un point d'ébullition plus élevé que celui de la vanilline ou ses dérivés sont séparés d’un flux organique (O2) comprenant la vanilline ou ses dérivés pour obtenir un flux (O3),
- Au moins une étape de cristallisation de la vanilline ou ses dérivés contenus dans le flux (O3).
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.
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, le dit procédé de purification comprenant :
- Une étape de séparation de la biomasse d’un moût de fermentation (M) d’un flux aqueux (A1) comprenant la vanilline ou ses dérivés,
- Au moins une étape d’extraction liquide-liquide du flux aqueux (A1) comprenant la vanilline ou ses dérivés, ladite étape d’extraction permettant de séparer un flux aqueux (A2) et un flux organique (O1) comprenant la vanilline ou ses dérivés,
- Au moins une étape de concentration du flux organique (O1) pour obtenir un flux organique (O2) dans laquelle les composés ayant un point d'ébullition moins élevé que celui de la vanilline ou ses dérivés sont séparés dudit flux organique (O1),
- Au moins une étape dans laquelle les composés ayant un point d'ébullition plus élevé que celui de la vanilline ou ses dérivés sont séparés d’un flux organique (O2) comprenant la vanilline ou ses dérivés pour obtenir un flux (O3),
- Au moins une étape de cristallisation de la vanilline ou ses dérivés contenue dans le flux (O3).
Dans le cadre de la présente invention, à l’issue d’un procédé biotechnologique de préparation de vanilline ou ses dérivés, la vanilline ou ses dérivés sont en solution aqueuse dans un moût de fermentation (M). Ainsi le procédé de la présente invention consiste à purifier un moût de fermentation (M) comprenant de la vanilline ou ses dérivés. De manière générale, la concentration en vanilline ou ses dérivés dans le moût de fermentation (M) est comprise entre 0,2 et 5% en poids, de préférence comprise entre 0,8 et 2,5% en poids, très préférentiellement entre 1,0 et 1,8% en poids. La solution aqueuse comprend en outre de la biomasse, en général, la quantité de biomasse est comprise entre 0,5 et 5% en poids de matière sèche, de préférence comprise entre 1,0 et 2,0% en poids de matière sèche. Le moût de fermentation (M) peut également comprendre d’autres composés tels qu’acide férulique, et dérivés d’acide férulique, acide vanillique, alcool vanillique ou ses dérivés, acide coumarique, para-hydroxybenzaldéhyde, gaïacol. Ces composés peuvent être séparés de la vanilline ou ses dérivés selon le procédé de la présente invention. Avantageusement au moins un composé choisi parmi l'acide férulique, les dérivés d’acide férulique, l’acide vanillique, l’alcool vanillique ou ses dérivés, l’acide coumarique, le para-hydroxybenzaldéhyde ou le gaïacol peut être valorisé notamment en tant qu’intermédiaire de synthèse.
Etape (a)
Le procédé de purification de la présente invention comprend une étape (a) de séparation de la biomasse d’un moût de fermentation (M) d’un flux aqueux (A1) 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 une phase aqueuse (A1) comprenant la vanilline ou ses dérivés.
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. 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.
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 µm, 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 l’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, l’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 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.
Etape (a0)
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 (a0) 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, ces méthodes 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.
Etape (b)
Le procédé de purification comprend généralement au moins une étape d’extraction liquide/liquide du flux aqueux (A1) permettant de séparer un flux aqueux (A2) et un flux organique (O1) comprenant la vanilline ou ses dérivés. L’étape d’extraction liquide/liquide permet avantageusement de transférer la vanilline ou ses dérivés en solution aqueuse dans le flux (A1) dans une phase organique (O1). Ainsi à l’issue de l’étape d’extraction liquide/liquide, on obtient une phase organique (O1) comprenant la vanilline ou ses dérivés. L’étape d’extraction liquide/liquide permet avantageusement la séparation de la vanilline ou ses dérivés de composés solubles dans l’eau tels que l’acide vanillique, l’acide férulique sous forme salifiée et/ou protonée.
De manière générale, le pH de la solution aqueuse est compris entre 5 et 8, de préférence compris entre 5,5 et 7,5, très préférentiellement compris entre 6 et 7.
De manière générale, le solvant d’extraction est choisi pour ces propriétés de solubilisation de la vanilline ou ses dérivés, avantageusement le solvant peut être d’origine biosourcée. 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, cyclohexane 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 organique (O1), le ratio volumique de solvant par rapport à la solution aqueuse (A1) de vanilline ou ses dérivés est compris entre 1:5 et 5:1, de préférence 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 à la solution aqueuse (A1) de 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 d’extraire la vanilline ou ses dérivés dans le solvant organique (O1) à partir du moût de fermentation (M). La biomasse est 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.
Le flux organique (O1) comprenant la vanilline ou ses dérivés obtenu à l’issue de l’étape d’extraction liquide/liquide présente généralement une concentration en vanilline ou ses dérivés comprise entre 0,1% en poids et 10% en poids. Le flux organique (O1) comprend en outre le solvant utilisé lors de l’extraction liquide-liquide. Le flux (O1) peut comprendre également d’autres composés tels qu’acide férulique, et dérivés d’acide férulique, acide vanillique, alcool vanillique ou ses dérivés, acide coumarique, para-hydroxybenzaldéhyde, gaïacol.
Optionnellement une étape de stripping peut être conduite sur le flux aqueux (A2) obtenu à l’issue de l’étape d’extraction liquide-liquide. Avantageusement l’étape de stripping permet la récupération de composés organiques contenus dans le flux aqueux (A2), notamment de la vanilline ou ses dérivés. Ainsi le stripping permet d’améliorer le rendement de vanilline ou ses dérivés. L’étape de stripping permet également de faciliter le traitement des effluents aqueux.
Etape (c)
Le procédé de la présente invention comprend au moins une étape (c) de concentration d’un flux organique (O1) pour obtenir un flux organique (O2) comprenant la vanilline ou ses dérivés, dans laquelle les composés ayant un point d'ébullition moins élevé que celui de la vanilline ou ses dérivés sont séparés dudit flux organique (O1). En particulier l’étape (c) de concentration permet d’évaporer le solvant utilisé lors de l’extraction liquide-liquide.
En général à l’issue de l’étape (c) de concentration, la vanilline ou ses dérivés se présentent sous forme liquide ou solide en fonction de la température. En général, au moins 95% du solvant a été séparé de la vanilline ou ses dérivés. Cependant l’étape de concentration peut consister en une ou plusieurs étapes de concentration.
Ainsi selon un aspect particulier, au moins 95% de la quantité de solvant présent dans le flux organique (O1) de vanilline peut être évaporée.
Selon un autre aspect, le solvant contenu dans le flux organique (O1) de vanilline est partiellement évaporé pour obtenir un flux organique (O2).
De préférence la concentration en vanilline dans le flux organique (O2) est supérieure à la concentration en vanilline dans le flux organique (O1).
Selon un aspect particulier, le flux organique (O1) de vanilline ou de ses dérivés est concentré de manière à obtenir un flux organique (O2) de vanilline ayant une concentration comprise entre 10% en poids et 95% en poids.
Le flux organique (O2) peut être soumis à une ou plusieurs étapes de concentration de manière à obtenir de la vanilline ou ses dérivés sous forme liquide ou solide en fonction de la température.
L’étape de concentration peut être réalisée en procédé continu ou en procédé batch.
En procédé batch, l’étape de concentration peut être réalisée dans un réacteur agité ou dans une colonne de distillation. Préférentiellement l’étape de concentration est réalisée sous vide, de préférence à une pression comprise entre 5 mbar et 300 mbar, de préférence entre 50 mbar et 250 mbar. L’étape de concentration est généralement réalisée à une température comprise entre 25°C et 100°C.
En procédé continu, l’étape de concentration peut être réalisée à l’aide de colonnes de distillation à plateaux ou garnies, d’évaporateurs à film tombant, d’évaporateurs à film raclé ou de colonnes à cloison.
De manière générale, l’étape de concentration est réalisée à une pression en tête de distillation comprise entre 0,5 bar et 5 bar, de préférence comprise entre 1 bar et 3 bar. La température, en tête de distillation, est en général comprise entre 75°C et 150°C, de préférence comprise entre 85°C et 120°C et de manière très préférée comprise entre 90°C et 110°C.
Avantageusement l’étape de concentration est réalisée de manière à réduire le temps de passage de la vanilline ou de ses dérivés dans les réacteurs ou colonnes.
L’étape de concentration permet de récupérer le flux organique (O2) comprenant la vanilline ou ses dérivés en pied de colonne tandis que le solvant, et plus généralement les composés de moins d’ébullition plus faible que celui de la vanilline ou ses dérivés sont récupérés en tête de colonne. Le flux organique (O2) comprenant la vanilline ou ses dérivés présente en général une pureté supérieure ou égale à 90%. D’autres composés peuvent être présents dans le flux organique (O2) notamment l’alcool vanillique ou ses dérivés, acide vanillique, acétovanillone, 4-((4-hydroxy-3-méthoxy-benzyl)oxy)-3-méthoxybenzaldehyde et 4-hydroxy-3-(4-hydroxy-3-méthoxybenzyl)-5-méthoxybenzaldehyde.
Etape (d)
Le procédé de la présente invention peut comprendre au moins une étape dans laquelle les composés ayant un point d'ébullition plus élevé que celui de la vanilline ou ses dérivés sont séparés d’un flux organique (O2) comprenant la vanilline ou ses dérivés pour obtenir un flux (O3) comprenant la vanilline ou ses dérivés. Cette étape peut être une étape de dégoudronnage.
L’étape (d) peut être conduite dans une colonne de distillation, une colonne à cloison, un évaporateur à film tombant, ou un évaporateur à film raclé.
Etape (e)
Le procédé de la présente invention comprend au moins une étape de cristallisation de la vanilline ou ses dérivés contenue dans le flux (O3).
L’étape de cristallisation permet de purifier un flux (O3) comprenant de la vanilline ou ses dérivés. De préférence, le flux (O3) 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-méthoxybenzaldehyde.
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, 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 (O3), cette séparation est avantageusement conduite sans dégradation de la vanilline ou de 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%.
La vanilline ou ses dérivés obtenus à l’issue de l’étape 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. Par ailleurs la vanilline ou ses dérivés obtenus à l’issue du procédé de purification selon la présente invention présente des propriétés organoleptiques conformes.
Soit 3 kg d’un moût de fermentation stabilisé tel que défini dans le Tableau 1 soumis à un procédé de purification tel que décrit ci-après.
Tableau 1: Composition du moût de fermentation
| Biomasse | 1,5 % en poids |
| Vanilline | 2 % en poids |
| Eau | 95 % en poids |
| Autres composés | 1,5% en poids |
Après avoir séparé la biomasse de la phase aqueuse par centrifugation, la vanilline est extraite avec 6 kg d’acétate d’éthyle.
Le solvant de la phase supérieure est totalement distillé au rotavapor à 50°C sous vide à 100 mbar, pour obtenir un milieu concentré en vanilline à 78%.
Ce dernier milieu concentré en vanilline est finalement purifié, selon les deux étapes suivantes :
- élimination des lourds (composés moins volatils que la vanilline) par distillation sur un évaporateur à film raclé à 155°C et sous 5 mbar, pour obtenir une concentration en vanilline >90%,
- ce dernier milieu est cristallisé en le solubilisant dans un réacteur agité contenant un mélange eau/éthanol (9/2) à 40°C pour obtenir une concentration en vanilline à 20%. Le tout est refroidi sous agitation jusqu’à 0°C. La vanilline cristallisée est filtrée sur un filtre Büchner, lavée à l’eau froide puis séchée en étuve à 50°C sous 200 mbar pendant 20h.
La pureté de la vanilline obtenue est de 99,7% avec une couleur en solution éthanolique à 10% en poids de 19 Hazen. La vanilline cristallisée présente également de bonnes propriétés organoleptiques.
Claims (8)
- 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, le dit procédé de purification comprenant :
- Une étape de séparation de la biomasse d’un moût de fermentation (M) d’un flux aqueux (A1) comprenant la vanilline ou ses dérivés,
- Au moins une étape d’extraction liquide-liquide du flux aqueux (A1) comprenant la vanilline ou ses dérivés, ladite étape d’extraction permettant de séparer un flux aqueux (A2) et un flux organique (O1) comprenant la vanilline ou ses dérivés,
- Au moins une étape de concentration du flux organique (O1) pour obtenir un flux organique (O2) dans laquelle les composés ayant un point d'ébullition moins élevé que celui de la vanilline ou ses dérivés sont séparés dudit flux organique(O1),
- Au moins une étape dans laquelle les composés ayant un point d'ébullition plus élevé que celui de la vanilline ou ses dérivés sont séparés d’un flux organique (O2) comprenant la vanilline ou ses dérivés pour obtenir un flux (O3),
- Au moins une étape de cristallisation de la vanilline ou ses dérivés contenue dans le flux (O3).
- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les étapes (a) et (b) sont réalisées simultanément.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant en outre une étape (a0) avant l’étape (a) de stabilisation du moût de fermentation (M).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’étape (a) est effectuée par filtration telle que filtration frontale ou filtration tangentielle, en particulier filtration sur membrane, telle que microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration, ou osmose inverse.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le solvant d’extraction utilisé lors de l’étape (b) est choisi parmi méthyléthylcétone, méthylisobutylcétone, acétate d’éthyle, acétate d’isopropyle, cyclohexane ou leurs mélanges.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’étape (c) est réalisée à l’aide de colonnes de distillation à plateaux ou garnies, d’évaporateurs à film tombant, d’évaporateurs à film raclé ou de colonnes à cloison.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’étape (d) est conduite dans une colonne de distillation, une colonne à cloison, un évaporateur à film tombant, ou un évaporateur à film raclé.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la vanilline ou ses dérivés obtenus à l’issue de l’étape de cristallisation présente 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.
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
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| EP22714427.6A EP4308535A1 (fr) | 2021-03-15 | 2022-03-14 | Procédé de purification de vanilline ou d'un dérivé de vanilline obtenus par un procédé biotechnologique |
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| AZADBAKHT ET AL., INTERNATIONAL JOURNAL OF BIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY, vol. 1, no. 4, 2004, pages 535 - 537 |
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