Brevet FR2029645A1 — publié le 19701023

-i* 2029645 La présente invention concerne la production enzymatique de l'acide gluconique. Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé dans lequel une matière contenant du glucose est oxydée en présence d'un enzyme pour produire de l'acide 5 gluconique. Telle qu'on l'utilise dans la présente demande? l'expression "oxydase du glucose" désigne l1oxydoréductase de" p-d-gluôose: 0^ (E.C.1.1.3.4.)• L'oxydase du glucose transfère deux atomes d'hydrogène du groupe CHOH du glucose à 0^ avec formation de C=0 et to h2o2. Jusqu'ici, l'oxydase du glucose a été utilisée dans les applications du commerce pour débarrasser des produits alimentaires du glucose résiduel ou de l'oxygène résiduel.Par exemple,1*oxydase du glucose a été utilisée dans le commerce pour éliminer les su-15 cres réducteurs résiduels du blanc d'oeuf séché et de l'oeuf entier séché. On l'a également ajoutée à des produits alimentaires comme la bière, lfc vin, des jus de fruits, la mayonnaise, etc, qui sont sujets à'me détérioration par oxydation lorsqu'ils sont exposés à la présence continue de faibles quantités d'oxygène. 20 Outre ces applications commerciales, l'oxydase du glucose a été également utilisée dans une large mesure comme outil d'analyse pour déterminer la teneur en glucose. L'oxydase du-glucose n'a pas été utilisée pour la production industrielle de l'acide gluconique. La principale raison 25 qui a empêché une telle application est le prix de 1*enzyme. La présente invention a notamment pour objet un procédé pratique et continu pour la production enzymatique de l'acide gluconique et dans lequel l'oxydase du glucose peut être récupérée et réutilisée sans être inactivée de manière irréversible. On 30 a découvert maintenant que la présente invention permet d*atteindre ce but. Brièvement, la présente invention concerne un procédé qui utilise une phase d' électrodialyse. Dans le procédé de la présente invention? une matière contenant du glucose, généralement sous la forme d'une solution 35 ou liqueur aqueuse concentrée, est soumise à une oxydation enzymatique en utilisant l'oxydase du glucose. Ensuite, la liqueur réactionzEÛe est soumise à une électrodialyse pour séparer l'acide 70 03192 -2- 2029645 gluconique et pour récupérer l'enzyme actif. la phase initiale ( oxydation enzymatique) du procédé de la présente invention est connue en pratique et ne fait pas partie de la présente invention. Brièvement, l'oxydât ion du glucotSe es 5 acide gluconique implique le traitement d'une matière contenant du glucose3 généralement sous la forme d'une solution'aqueuse, pas-une préparation enzymatique ayant une activité de catalase et d'oxydase du glucose, en présence d'une source d'oxygène libre comme le peroxyde d'hydrogène. Pendant cette phase d! oxydation 10 enzymatique, lè milieu réactionnel est réglé de manière à favoriser- la réaction voulue. Etant donné que 18efficacité de la plupart des préparations enzymatiques est plus grande dans une gamme particulière du pH et étant donné que, pendant 1' oxydation du glucose par l'oxydase du glucose, il se forme continuellement de l'acide 15 (gluconique), il est indispensable de régler continuellement le pH du milietjfi-éactionnel pendant toute l' oxydation enzymatique. En général, si le pH est maintenu entre 4,2 et 7 environ, de préférence entre 5 et 6 environ, l'oxydation se poursuit d'une façon satisfaisante. Un mode courant de réglage du pH consiste à ajouter 20 continuellement une substance alcaline, comme l'hydroxyde de sodium. Naturellement, la substance alcaline neutralise l'acide gluconique en gluconate correspondant, |5ar exemple en gluconate de sodium. Jusqu'ici, les tentatives de réglage du pH en utilisant une substance alcaline ont posé des problèmes supplémentaires. Par 25 exemple, l'addition d'une substance alcaline peut se traduire par l'inactivation irréversible de l'enzyme, ce qui nécessite l'utilisation de quantités supplémentaires de la préparation enzymatique. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique ÏT° 2 651 592 décrit un processus d'oxydation du glucose en acide gluconique en présence de 30 l'oxydase du glucose, mais ne décrit pas un procédé pratique pour séparer l'acide gluconique et récupérer l'oxydase du glucose active. Bien que l'oxydation enzymatique du glucose en acide gluconique soit connue en pratique, il n'a pas été décrit de procédé permettant d'effectuer une telle opération d'une façon pratique 35 qui assure la séparation de l'acide gluconique et la récupération de l'enzyme de manière à pouvoir le réutiliser dans le procédé. la seconde phase (électrodialyse) du procédé de l'invention 70 03192 -3- 2029645 constitue un moyen permettant de séparer l'acide gluconique et de récupérer l'enzyme actif. Au cours de la phase d1électrodialyse, la liqueur réaction— nelle provenant de la première phase est soumise à 1'électrodia-5 lyse dans un appareil à plusieurs membranes. L'appareil d'électrodialyse convenant pour être utilisé dans la présente invention peut être de construction classique. Habituellement, l'appareil d'électrodialyse comporte un grand nombre, éventuellement plusieurs centaines de membranes pré-10 sélectivegVis-à-vis des anions et des cations qui sont alternées et espacées par des éléments d'écartement. Ces derniers forment des compartiments dans lesquels des liquides de traitement s'écoulent sur les surfaces des membranes. Les chambres d'extrémité de l'appareil contiennent des électrodes pour faire passer un cou-15 rant continu à travers tous les compartiments. Un courant de la liqueur provenant de la première phase du procédé et un courant d'eau Kesiduaire sont introduits dans les chambres alternées par des collecteurs convenables. Le débit, la pression, la température, etc, de ces deux courants sont réglés. Lorsqu'une 20 tension continue est appliquée aux bornes des électrodes de l'appareil, les anions gluconate présents dans le courant de la liqueur d'hydrolyse passent à travers la membrane adjacente,qui est perméable aux anions,dans le courant d'eau résiduaire où ils se combinent avec les ions hydrogène pour former l'acide gluconique. 25 L'enzyme reste dans le courant effluent de la liqueur réactionnelle qui est ramenée dans la première phase du procédé. Une description d'une électrodialyse sous forme d'une, seule opération est donnée dans "Encyclopedia of Chemical Technology", Eark-Othmer, Seconde édition, Volume 7> pages 846 à 865. 30 L'exemple suivant est donné à titre illustratif,mais nul lement limitatif,de l'invention. Les parties ou pourcentages sont exprimés en poids,sauf indication contraire. EXEMPLE . çLe départ ' La matiere/contenant du glucose utilisee dans cet exemple 35 se compose de trois litres de sirop aqueux contenant 688 g^de2^0g substance sèche de glucose.On introduit ce sirop à une température/ à un pH initial de 5»5 et un équivalent de dextrose de 100, et 70 03192 -4- 2029645 Qy&88 g d'une préparation du aojffiBerce d'oxydasé -du gliieose connue sous lai' désignation "Ovazyme"(vendue par la î'ermeo Labaratories) dans un £*écipient réactionnel. On ajoute dans le récipient 50 volumes de peroxyde d'hydro-^ 3 5 gène à un débit de 45 cm par heure. Après un séjour de 18 heures environ dans le réeipiejat réactionnel, l'équivalent de dextrose du sirop est tombé à 65,9 environ. Pendant ce temps, le pH du mi- y lieu réactionnel a été maintenu entre 5>0 et 6,0 environ par addition d'hydroxyde de sodium M". 10 Ensuite, on soumet la liqueur réactionnelle ayant un équiva lent de dextrose de 65>9 à une phase d1électrodialyse. Cette phase comporte neuf passes à travers un appareil d'électrodialyse à cinq cellules qui fonctionne à 50 volts et à une pression de 1,75 bar. l'appareil d'électrodialyse contient 7 membranes perméables 15 aux anions et 5 membranes perméables aux cations. On introduit le courant de la liqueur réaetiorinalle dans l'appareil à débit d'environ 3 400 cm par minute, à une pression d'environ 1,75 bar et à une température comprise entre 25° et 30°C environ, le courant d'eau résiduaire introduit dans l'appareil comprend une solution aqueuse 20 de gluconate de sodium à 0,05 ^ et on l'introduit dans l'appareil à un débit d'environ 600 cm par minute, à une pression d'environ 1,75 bar et à une température comprise entre'25° et 30°C. Pendant 1'électrodialyse, l'ion gluconate provenant du courant de la liqueur d'hydrolyse passe à travers la membrane perméable aux anions 25 et entre dans le courant d'eau résiduaire. l'enzyme actif contenu dans le courant de la liqueur d'hydrolyse ne passe pas à travers les membranes et reste ainsi dans le courant effluent avec le glucose. le courant effluent est ramené dans le récipient réactionnel en vue d'une oxydation enzymatique supplémentaire, le courant 30 d1eau résiduaire contient l'aûide gluconique produit (sous forme de gluconate de sodium), l' oxydation enzymatique et l'électrodialyse sont répétées alternativement à six reprises, en ajoutant une quantité supplémentaire de glucose dans le récipient réactionnel au début de chaque phase d'hydrolyse enzymatique. On n'a-35 joute pas d'enzyme supplémentaire au cours des six opérations. Les résultats de cet exemple sont indiqués sur le tableau I. le tableau I indique que le procédé de la présente invention 70 03192 -5- 2029645 10 15 constitue un mode pratique pour séparer l'acide gluconique de la liqueur réaetiomaDe et pour récupérer l'oxydase dû glucose de manière à la réutiliser. L'électrodialyse n'inactive pas l'oxydase du glucose. 20 25 Durée (heures) 0 18 20 20 43 44 50 67 . 68 70 90 91 118 120 120 154 157 Glucose ajouté (g) 688 1250 850 350 1250 Equivalent de dextrose 100 65,9 76,6 92,0 62.2 85.3 91 69,0 78,0 81,5 70.0 78,3 65.1 84,3 91,0 61,0 91.2 Nombre de Gluconate de passes au cours sodium enlevé de l'électrodialyse (g) 7 10 15 102 g 524 g 262 g 293 g 447 g 830 g 30 35 Selon un aspect de la présente invention,on a découvert d'une façon surprenante que la vitesse à laquelle Ibxydation enzymatique se poursuit est considérablement réduite et" à un point tel que la moitié environ du glucose initialement présent dans le milieu réactionnel est oxydée . En conséquence, dans une forme de réalisation préférée de la présente invention, la liqueur est soumise à l'électrodialyse lorsqu'une proportion d'environ 50 $ du glucose a été oxydée Bien que la présente invention soit particulièrement utile pour la production enzymatique de l'acide gluconique, selon ses caractéristiques plus générales, elle est également utile pour produire d'autres acides organiques ionisables préparés par hydrolyse enzymatique. Ainsi, par exemple, des amino-acides préparés 70 03192 -6- 2029645 par hydrolyse enzymatique de protéines peuvent être obtenus conformément à l'invention. Le procédé est applicable à des oxydations enzymatiques d'aldoses en acides aldoniques correspondants. 5 Des préparations enzymatiques convenant pour conduire de telles hydrolyses enzymatiques sont connues en pratique. Une telle préparation enzymatique peut être utilisée dans la présente invention à condition qu'elle ne soit pas inactivée par le courant électrique utilisé dans la phase d1électrodialyse. 10 Dans une forme de réalisation de la présente invention» le réglage du pH pendant l'hydrolyse enzymatique est effectué par électrodialyse, ce qui rend une addition d'alcool inutile. Dans une telle forme de réalisation, l'acide gluconique (et non le gluconate de sodium) est formé et immédiatement transféré à travers 15 la membrane. 70 03192 -7- 2029645 - REVEKDIOATIOIJS - 1. Procédé pour la production enzymatique de l'acide gluconique, dans lequel une matière contenant du glucose est soumise à une oxydation enzymatique en présence droxydase du glucose pour 5 produire une liqueur , procédé caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre ladite liqueur à une électrodia lyse pour séparer ainsi l'acide gluconique et récupérer l'oxydase du glucose. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 10 l'électrodialyse est effectuée lorsque la moitié environ du glucose a été oxydée. 3. Procédé selon la revendication-1 ou 2, caractérisé en ce que le pH est ajusté entre 4,2 et 7 environ pendant le traitement enzymatique. 15 4. Procédé selon la revendication 3» caractérisé en ce que le pH est ajusté entre 5 et 6 environ pendant le traitement: enzymatique . 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4» caractérisé en ce qu'on réutilise l'oxydase du glucose récupérée 20 dans une phase d'oxydation enzymatique ultérieure. 6. Procédé continu pour la production enzymatique de l'acide gluconique, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre une matière contenant du glucose à une oxydation enzymatique en utilisant une préparation d'oxydase du glucose dans des conditions de tempé- 25 rature et de pH continuellement réglées, à soumettre la liqueur réacrtionneUe ainsi obtenue à-une électrodialyse pour en éliminer les anions- gluconate présents ,tout en y retenant l'oxydase' du glucose à ajouter à la liqueur réactionnelle une quantité' supplémentaire de-entière cônirenânt -du glucose et à répéter à plusieur reprises 30 'l'oxydation enzymatique et l'électrodialyse". / 7. Procédé pour la production enzymatique d'un acide aldo-nique, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre une matière contenant un aldose à une hydrolyse enzymatique pour produire une 35 liqueur d'hydrolyse et à soumettre cette liqueur à une électrodialyse pour séparer un acide aldonique.