FR2754269A1 - Procede de preparation d'une composition comprenant une substance thermosensible - Google Patents

Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de préparation d'une composition comprenant au moins une substance thermosensible. Le procédé selon l'invention consiste à effectuer le séchage d'une composition comprenant au moins une substance thermosensible à une température supérieure à celle de dégradation de ladite substance pendant une durée telle qu'il n'y a substantiellement pas de dégradation de la substance. L'invention est plus particulièrement appropriée à la préparation d'une composition comprenant une enzyme, éventuellement immobilisée sur un support.

Description

PROCèDE DE PREPARATION D'UNE COMPOSITION COMPRENANT UNE
SUBSTANCE THERMOSENSIBLE
La présente invention a pour objet un procédé de préparation d'une composition comprenant au moins une substance thermosensible.

L'invention a plus particulièrement pour objet la préparation d'une composition comprenant une enzyme, éventuellement immobilisée sur un support approprié.

De manière habituelle, la préparation de compositions comprenant une ou plusieurs substances thermosensibles, et éventuellement un support, comprend dans la majeur partie des cas une étape de séchage. Cette étape peut avoir pour objet le séchage de la substance active seule, à l'issue de son procédé d'obtention par exemple, ou bien encore l'élimination du solvant ou du dispersant généralement employé lors de la mise en contact de la matière active avec son support éventuel.

C'est cette étape de séchage qui pose en général des difficultés. En effet, on se trouve alors confronté au problème de ne pas dégrader la substance thermosensible, et celui d'accélérer au maximum le processus de séchage afin de conserver une bonne productivité au procédé de préparation de la composition. On constate donc que l'on est en présence de deux intérêts contradictoires car le premier conduit à diminuer la température mise en oeuvre de manière à éviter tout risque de dégradation de la substance, tandis que le second est d'augmenter cette même température de séchage pour en accélérer le processus.

Si l'on prend le cas particulier de la préparation de compositions à base d'enzymes immobilisées sur un support, les procédés de séchage classiques consistent à disposer la composition dans une étuve à une température ambiante inférieure à celle de dénaturation de l'enzyme, ou bien encore d'évaporer le solvant ou le dispersant sous vide.

Procéder de cette manière est la cause de différents inconvénients.

Le premier est lié à la faible température à laquelle le séchage est mis en oeuvre, car les températures au-delà desquelles le seuil de tolérance de l'enzyme est dépassé sont relativement basses, ce qui entraîne des durées longues de séchage, qui peuvent aller jusqu'à plusieurs jours.

Par ailleurs, la surface utilisée pour le séchage est très importante, d'autant plus importante que ces méthodes ne se prêtent guère à un mode d'exploitation en continu.

Un problème supplémentaire peut se poser dans le cas où un tiers composé est nécessaire pour obtenir une bonne immobilisation de la substance thermosensible sur le support. En effet, dans certains cas, ces tiers composés, que l'on peut aussi appeler liants, sont choisis parmi des prépolymères qui réticulent avec la chaleur, de manière à créer un pontage entre la substance et le support. Cependant, pour obtenir une bonne réticulation, des durées et des températures suffisantes de mise en contact avec la chaleur sont nécessaires. II n'est donc pas possible de modifier les conditions opératoires sans tenir compte de ce fait, ce qui complique encore l'opération de séchage.

La présente invention permet notamment de résoudre les problèmes précités sans constater de dégradation de la substance thermosensible.

Ainsi, le procédé selon l'invention, de préparation d'une composition comprenant au moins une substance thermosensible, consiste à effectuer au moins une étape de séchage de ladite composition à une température supérieure à celle de dégradation de ladite substance et pendant une durée telle qu'il n'y a substantiellement pas de dégradation de cette substance.

On a en effet constaté, contre toute attente, que malgré le fait que la température de séchage soit supérieure à celle de dégradation de la substance thermosensible, ladite substance ne subissait pas de changement préjudiciable dans sa structure ou son activité.

Cette méthode permet donc de baisser considérablement la durée du séchage (quelques jours à moins d'une minute), ce qui représente un gain évident de temps mais aussi d'énergie. En outre, la surface consacrée à cette étape de séchage est, elle aussi, considérablement diminuée car les appareillages employés n'ont plus besoin d'être aussi grands que ceux utilisés auparavant. II faut aussi remarquer que si le séchage en étuve se prête très peu à une mise en oeuvre en continu, le moyen de séchage proposé par la présente invention est tout à fait exploitable de cette façon. II est même recommandé de procéder ainsi car cela permet de diminuer encore la taille des appareillages nécessaires dans lesquels on effectue le séchage.

Mais d'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description et des exemples qui vont suivre.

Ainsi que cela a été indiqué auparavant, le séchage selon l'invention est mis en oeuvre à des températures plus élevées que celles classiquement atteintes. En fait, les températures de séchage du procédé selon l'invention sont supérieures à celles de dégradation de la substance présente.

Dans le cas particulier des enzymes, le séchage est effectué à une température supérieure à celle de dénaturation de l'enzyme pendant une durée suffisamment courte pour éviter cette dénaturation. Par conséquent, la composition résultante conserve ses propriétés catalytiques enzymatiques propres, ce qui est tout à fait inattendu.

En outre, dans le cas où l'enzyme est immobilisée sur un support, notamment au moyen d'un liant, on a constaté que, malgré cette très courte durée de séchage, l'iaccrochage de l'enzyme à la résine était correct. Ceci indique que la polymérisation du liant employé dans la composition a bien lieu de manière suffisante.

Ainsi, le procédé selon l'invention comprend plus particulièrement une étape de séchage effectuée à une température comprise entre 120 et 2600C, sachant que la température de séchage reste supérieure à celle de dégradation de la substance thermosensible.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le séchage est effectuée à une température supérieure ou égale à 1500C. En outre, la température de séchage est de préférence inférieure à 200"C.

La durée du séchage est plus précisément inférieure à 30 secondes. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la durée du séchage est inférieure à 10 secondes.

Le procédé de séchage tel qu'il vient d'être précisé est particulièrement approprié pour l'obtention de compositions comprenant au moins une enzyme comme substance thermosensible.

De préférence, L'enzyme est associé à un support. En règle générale, et bien que l'invention n'y soit pas limitée, le support employé est une résine, de préférence macroporeuse.

Par ailleurs, la liaison enzyme support peut être avantageusement réalisée au moyen d'un liant.

II est à noter que les conditions de séchage sont adaptables par l'homme du métier, en prenant en compte le fait que plus la température de séchage est élevée, plus la durée du séchage doit être courte afin d'éviter toute dégradation de la substance thermosensible, ou toute dénaturation de l'enzyme.

II faut de même tenir compte de la capacité du liant à réticuler, si un tel agent est présent dans la composition. Par conséquent, la durée du séchage doit être suffisante pour permettre la réticulation, et de fait pour permettre un contact satisfaisant de la substance et de son support.

En fait, les conditions de température et de durée du séchage sont telles que tout se passe comme si la composition, et plus spécialement la substance thermosensible, restait soumise à une température inférieure à celle de dégradation de cette dernière.

Ce type de séchage, que l'on peut qualifier de séchage flash, est mis en oeuvre dans tout type d'appareillage permettant d'atteindre des températures aussi élevées que celles mentionnées auparavant pour des temps de contacts très courts.

Par exemple, on peut utiliser des fours à induction sur tapis roulant, ou encore éventuellement des lits fluidisé. II est possible de mettre en oeuvre des appareillages dans lesquels sont disposés des plateaux raclés thermostatés. Généralement, ces appareils sont exploités sous vide, ce qui permet de diminuer les températures de séchage. On peut aussi employer des turbosphères, qui seront elles aussi mises en oeuvre sous vide.

Conviennent aussi à la mise en oeuvre de l'invention, les tours d'atomisation.

Selon cette voie, la composition à sécher est en général pulvérisée dans un vortex créé par le flux séchant, les injections étant réalisées habituellement à contre-courant. Les particules sont ensuite récupérées dans un collecteur qui est habituellement un cyclone, bien que tout autre type d'appareillage classique convienne.

D'une manière tout à fait avantageuse, on met en oeuvre ce séchage flash dans un appareillage appelé "spin flash", mis au point par la société APV-Baker (article paru dans Informations Chimie n" 342 - Octobre 1992 - p. 141 et suivantes).

Selon un mode de réalisation préféré, cet appareil est construit de telle sorte que l'on injecte dans un four et à co-courant, la composition à sécher et le flux séchant.

L'alimentation du flux séchant est effectuée en dessous de l'alimentation de la composition. De cette façon, un vortex ascendant est créé dans l'enceinte du four, qui entraîne les particules séchées vers un collecteur.

D'une manière classique, le collecteur est un cyclone, mais tout autre type d'appareillage ayant pour but la récupération de particules solides entraînées dans un flux gazeux convient.

Ce type de sécheur est très intéressant car il diminue les phénomènes d'attrition auxquels sont soumis les grains de la composition. Ce point est particulièrement avantageux lorsque la composition comprend une résine enrobée par une enzyme.

Le flux séchant, dans chacun des cas mentionnés ci-dessus, est en général de l'air chaud, mais tout autre gaz conviendrait, comme par exemple l'azote.

Le procédé selon l'invention permet de sécher des solutions, des suspensions ou des solides comprenant une substance thermosensible.

Les solvants ou dispersants sont très variables selon les substances thermosensibles mises en oeuvre.

Selon un mode de réalisation très avantageux de la présente invention, et ainsi que cela a été évoqué auparavant, le procédé de séchage est mis en oeuvre pour des substances thermosensibles choisies parmi les enzymes.

La présente invention est particulièrement appropriée pour la préparation d'une composition comprenant au moins une enzyme immobilisée sur un support au moyen d'un liant, cette composition étant par la suite employée pour la préparation d'acide
L-aspartique.

La préparation de ce catalyseur particulier va maintenant être décrite plus en détails.

Ainsi, la présente invention est particulièrement appropriée pour le séchage de compositions comprenant, en tant que substance thermosensible, au moins une enzyme produite par un micro-organisme choisi parmi les suivants : Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas dacunha e, Bacillus megaterium, Arthrobaster species,
Arthrobacter simplex, Streptomyces pha echromogen es, Rhodospondium torulcides,
Escherichia coli, Aerobacter aerogenes, Bacterium succinum, Micrococcus sp, Bacillus subtilis, Serratia marcescens. De préférence, on met en oeuvre l'enzyme produit par le micro-organisme E. Coli. On peut notamment employer la souche dont le numéro ATCC est 11303.

De préférence, les enzymes obtenues par fermentation des micro-organismes dans des milieux nutritifs adéquats puis séparées du milieu nutritionnel, sont immobilisées sur un support.

Selon une variante1 le support est choisi parmi les résines macroporeuses échangeuses de cations ou d'anions.

Parmi les résines échangeuses de cations on peut utiliser des résines de type acide fort ou acide faible. Ces résines peuvent se trouver sous une forme acide (contre ion hydrogène), ou salifiées (contre ion ammonium ou métal alcalin ou alcalino-terreux).

De préférence, elles se trouvent sous la forme hydrogène.

A titre d'exemple de résines du type acide faible, on peut citer les résines qui sont des copolymères d'acide acrylique, méthacrylique, des esters ou encore des nitriles correspondants. On peut de même citer les résines phénoliques.

Parmi les résines de type acide fort, on peut mentionner tout particulièrement les résines étant des copolymères de styrène divinylbenzène présentant des groupements fonctionnels greffés sulfonés. De telles résines sont commercialisées notamment sous la dénomination commerciale Dowex de la société Dow, ou encore Purolite de la société
Purolite, Amberlyst de la société Rohm & Haas. Selon un mode réalisation préféré de l'invention, on utilise des résines macroporeuses IRA 938 de la société Rhom & Haas,
Purolite A 501 P, Duolite ES 181 de la société Duolite.

Selon un mode de réalisation préféré, on utilise des résines du type fortement acide.

Parmi les résines échangeuses d'anions, on peut citer par exemple, et sans intention de se limiter les résinés à base de polystyrène, de polyacrylate, ou de copolymères à base de styrène ou d'acrylate présentant des groupements hydroxyles, carbonates ou encore des atomes de chlore.

Habituellement, le diamètre des billes de résines se situe entre 0,1 et 1 mm.

Selon cette variante, il est nécessaire d'introduire dans la composition comprenant l'enzyme un agent liant, susceptible de réagir avec la résine et l'enzyme. Convient notamment les polyazétidines. On peut trouver ce type de produits dans la gamme
Polycup commercialisée par Hercules.

Les quantités respectives de ces divers composés sont régies par les rapports R1 correspondant au rapport pondéral de la biomasse mise en oeuvre (exprimée en matière sèche) à la matière sèche de résine et R2 correspondant au rapport pondéral de la biomasse mise en oeuvre (exprimée en matière sèche) à la matière sèche de liant.

En général, ces deux rapports R1 et R2 sont chacun compris entre 0,1 et 1 et ne sont pas nécessairement égaux.

De telles compositions sont particulièrement appropriées pour la préparation d'acide L-aspartique.

Selon une première méthode de préparation de ces compositions, la mise en contact de l'enzyme, de la résine et du liant, est réalisée par pulvérisation d'un mélange enzyme - liant sur la résine.

Selon une seconde variante, on met en contact les divers éléments constitutifs du catalyseur précité dans un ordre indifférent.

Quelle que soit la variante choisie, la mise en contact des trois éléments précités du catalyseur est effectuée dans tout type de mélangeur comme notamment les bétonnières, les drageoirs, les turbosphères, les ballons tournants, les malaxeurs, les bicônes ou encore les réacteurs agités.

La mise en contact se fait à une température inférieure à celle de dénaturation de l'enzyme synthétisée.

La durée de la mise en contact est très variable et dure suffisamment pour obtenir un mélange coulant homogène.

A propos de ce type de catalyseurs enzymatiques immobilisés sur des résines, ou tout autre type de support, ainsi que leur mode de mise en contact, on pourra aussi se référer au brevet européen EP 89 165.

Une fois cette opération de mise en contact effectuée, on procède au séchage selon l'invention. Tout ce qui vient d'être décrit est donc valable et ne sera pas repris ici.

II est en outre à noter que le séchage est réalisé de préférence de manière à obtenir une composition catalytique présentant une humidité résiduelle qui n'est pas inférieure au seuil d'hydrophobe de l'enzyme. Classiquement l'humidité est comprise entre 10 et 30 %.

Le catalyseur résultant peut alors être mis en oeuvre dans la synthèse de l'acide
L-aspartique. II peut aussi être stocké à sec ou avantageusement sous forme réhydratée dans l'aspartate d'ammonium, à une température toujours inférieure à celle de la dénaturation de l'enzyme. Celle-ci est habituellement voisine de l'ambiante ou légèrement inférieure.

Le procédé de préparation de l'acide aspartique consiste à mettre en contact avec le catalyseur, du fumarate d'ammonium pour donner de l'aspartate d'ammonium. Ce dernier est séparé du mélange réactionnel et acidifié pour obtenir l'acide L-aspartique.

Selon une méthode classique, la mise en oeuvre du catalyseur peut être faite sous la forme d'un lit fixe. Cependant, selon un mode particulièrement avantageux, la mise en contact est effectuée en lit fluidisé de catalyseur.

Habituellement, dans une première étape, on prépare le fumarate d'ammonium en un ou plusieurs cycles consistant à ajouter de l'eau puis de l'ammoniaque.

Les quantités respectives des composés sont telles que l'on obtienne une solution de fumarate d'ammonium présentant une concentration inférieure à celle causant un empoisonnement de l'enzyme utilisée par une excès de substrat (fumarate d'ammonium). L'homme du métier est tout à fait à même d'accéder à une telle information, les enzymes étant connues.

Cependant, à titre purement d'illustration, et dans le cas où l'enzyme employée est obtenue à partir d'E. Coli, cette concentration est d'environ 0,5 à 2 mol/l.

En outre, il est peut être avantageux de contrôler le pH de la solution de fumarate d'ammonium obtenue. En effet, le pH de celle-ci doit se trouver de préférence dans la gamme de pH optimale pour un bon fonctionnement de l'enzyme. Ce pH est, là encore, tout à fait accessible à l'homme du métier. A titre d'exemple et toujours dans le cas de l'enzyme précitée, ce pH se trouve compris entre 6 et 11, et de préférence entre 7 et 10.

Pour adapter le pH de la solution, on ajoutera de manière classique de l'ammoniaque, de la soude, de la potasse, ou de l'acide chlorhydrique, sulfurique, phosphorique.

La solution résultante de fumarate est ensuite mise en contact avec le catalyseur qui se trouve en lit fixe, ou de préférence en lit fluidisé.

La mise en contact a lieu en flux montant de réactif si le lit est fluidisé, ou en flux montant ou descendant de réactif si le lit catalytique est fixe.

Dans le cas de la mise en oeuvre d'un lit fluidisé, la vitesse du flux du réactif est de préférence supérieure à la vitesse minimale de fluidisation. Par vitesse minimale de fluidisation, on entend la vitesse minimale à partir de laquelle le lit catalytique est soulevé". En outre, la vitesse maximale du flux est de préférence inférieure à la vitesse à laquelle le lit catalytique est entraîné. Plus particulièrement, la vitesse maximale du flux gazeux est d'au plus 90 % de la vitesse d'entraînement du lit catalytique. En fait, on opère de manière à avoir de préférence un écoulement ultra-laminaire au sein du réacteur (écoulement de type piston). Ceci peut correspondre par exemple à des vitesses de flux gazeux inférieures à 1 mm parcouru par seconde.

Bien évidemment de telles conditions sont elles que l'on ait une répartition homogène du fumarate d'ammonium dans le réacteur, pour des raisons évidentes d'efficacité du procédé.

La quantité de catalyseur mise en jeu peut être déterminée par l'homme du métier selon la productivité qu'il souhaite atteindre.

La température à laquelle on réalise la mise en contact du catalyseur avec le réactif est inférieure à la température de dénaturation de l'enzyme.

Dans le cas de l'enzyme précitée (E. Coli), celle-ci est inférieure habituellement à 40"C. De préférence, elle se situe aux alentours de 30 - 35"C. Ces valeurs sont encore une fois purement indicatives et doivent être déterminée en fonction de l'enzyme utilisée.

Selon un mode de réalisation avantageux, on effectue la mise en contact en présence d'un catalyseur supplémentaire. Dans le cas particulier de l'enzyme précitée, ce catalyseur est du sulfate de magnésium. Ce catalyseur peut être introduit directement dans le réacteur ou bien encore être ajouté à la solution de fumarate d'ammonium. La quantité de ce catalyseur supplémentaire est en général inférieure à 0,01 mol/l.

De manière tout à fait avantageuse, la réaction est mise en oeuvre en continu.

Ce procédé, et plus spécialement lorsqu'il est mis en oeuvre en lit fluidisé, permet d'atteindre des degrés de conversion aussi élevés que 99,5 voire 99,99%.

On obtient donc en sortie du réacteur une solution d'aspartate d'ammonium présentant une concentration du même ordre de grandeur que celle du fumarate entrant.

L'acide L-aspartique est récupéré du milieu réactionnel par tout moyen connu.

Par exemple, selon une première variante, on peut mélanger la solution avec de l'acide sulfurique. Cette opération est effectuée de telle sorte que l'on se trouve au point isoélectrique de l'acide L-aspartique (environ 2,9). L'addition a lieu à une température comprise entre 90 et 95"C. On obtient alors une amorce de cristallisation de l'acide aspartique. La cristallisation est poursuivie classiquement dans un cristallisoir, en discontinu ou en continu. On sépare ensuite les cristaux obtenus.

Selon une autre variante, on peut traiter la solution d'aspartate d'ammonium avec une solution alcoolique d'acide fumarique. A ce sujet, on pourra se référer à la demande de brevet EP-A-678 499.

Selon une autre voie possible, on effectue la séparation de l'acide L-aspartique en ajoutant de l'acide fumarique dans des conditions telles que décrites dans la demande de brevet EP-A-588 674.

L'acide aspartique obtenu est un acide optiquement actif. II trouve entre autres une application dans la synthèse de l'anhydride polyaspartique et des polyaspartates, composés utilisables notamment dans des compositions lessivielles.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Procédé de préparation d'une composition comprenant au moins une substance thermosensible, caractérisé en ce que l'on effectue au moins une étape de séchage de ladite composition à une température supérieure à celle de dégradation de ladite substance et pendant une durée telle qu'il n'y a substantiellement pas de dégradation de cette substance.

2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'on effectue le séchage à une température comprise entre 120 et 260"C.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on effectue l'étape de séchage pendant une durée inférieure à 30secondes, de préférence, inférieure à 10 secondes.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on effectue le séchage d'une composition comprenant, en tant que substance thermosensible, au moins une enzyme.

5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'on effectue le séchage d'une composition comprenant, en tant que substance thermosensible, au moins une enzyme produite par un micro-organisme choisi parmi les suivants

Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas dacunhae, Bacillus megaterium, Aflhrobaster species, Arthrobacter simplex, Streptomyces phaechromogenes, Rhodospoddium toruloides, Escherichia coli, Aerobacter aerogenes, Bacterium succinum, Micrococcus sp, Bacillus subtilis, Serratia marcescens.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on effectue le séchage d'une composition comprenant, en tant que substance thermosensible, une enzyme produite par le micro-organisme E. Coli, et notamment la souche dont le numéro ATCC est 11303.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'on effectue le séchage d'une composition comprenant en outre un support choisi parmi les résines.

8. Utilisation de la composition obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, pour la préparation d'acide L-aspartique.