Brevet FR2249625A1 — publié le 19750530

L'invention concerne une installation pour le traitement de liquides du type Sas de fruits, jus de légumes ou solutions de pectiies, au moyen d'enzymes de nature adaptée audit traitement elle s'étend à un procédé de clarification d'un jus par des enzy mes pectinolytiques ainsi qu'à un procédé de préparation dtune son lution de pectines présentant une teneur déterminés en groupes méthoxyl. Jusqu'à présent, les modalités d'utilisation des enzymes consistent à ajouter directement celles-ci dans le liquide à tzai- ter ; cette façon de procéder présente plusieurs inconvénients. Les enzymes produits le plus souvent conteur, ne peuvent être récupé- rées ; de plus, elles demeurent dans le liquide traité qui, de ce fait, doit, la plupart du temps, subir avant son. utilisation un traitement pour dénaturer les enzymes restantes et rendre le liquide propre à son utilisation. La présente invention se propose de fournir une installa- tion, propre à pallier les inconvénients sus-évoqués et à permettre de traiter un liquide au moyen d'enzymes sans que ces dernières soient perdues et se retrouvent au sein du liquide traité1 Un autre but de l'invention est de fournir une installation apte à traiter des liquides en continu avec des gains de temps considérables par rapport aux traitements mis en oeuvre dans les installations classiques Un autre but de l'invention est de fournir une installa- tion apte à produire un liquide traité de qnalité constante grâce à une correction automatique des éventuelles modifications de composition.du liquide traité. À cet effet, une installation selon l'invention pour le traitement de liquides au moyen d'enzymes comprend un réservoir de liquide à traiter, un réacteur à fonctionnement continu contenant un complexe formé de supports solides sur lesquels sont fixées les enzymes, des moyens de canalisation reliant le réservoir de liquide à traiter et ledit réacteur, des moyens de pompage aptes à assurer l'écoulement continu du liquide vers le réacteur, des moyens de prélèvement du liquide à l'intérieur du réacteur, enfin des moyens de canalisation associés aux moyens de prélèvement et adaptés pour guider le liquide prélevé vers un réservoir de stockage. Les enzymes fixées de façon connue en elle-même sur les supports solides présentent l'avantage de ne pas se solubiliser dans le liquide, tout en conservant leurs actions propres et leurs facultés d'assurer le traitement de celui-ciO I1 est donc possible de réaliser un fonctionnement en continu, en prélevant un liquide totalement dépourvu d'enzymas, ce qui écarte les inconvénients des installations classiques0 Selon un premier mode de réalisation, le réacteur est constitue par uné colonne verticale alimentée à une extrémité en liquide à traiter à travers les moyens de canalisation précités ; les supports solides sur lesquels sont fixées les enzymes sont disposés en lit fixe dans ladite colonne et les moyens de prélèvement situés à l'extrémité opposée à celle par laquelle est alimentée la colonne. Ce mode de réalisation dans lequel la réaction s'effectue en lit fixe, est particulièrement adapté aux cas où les supports solides ont une faible tendance à se colmater ; ces supports peuvent, par exemple, être constitués par un ensemble de particules, du type billes de verre, briques écrasées, sable, polymères organiques, etc... . La fixation des enzymes sur ces supports s'effectue par des procédés de nos jours bien connus : elle peut en parti au- lier être réalisée par adsorption ou, encore, par activation préalable des supports et addition des enzymes, Selon un autre mode de réalisation, la réaction s 'effec- tue en phase liquide au sein de laquelle baignent les supports solides sur lesquels sont fixées les enzymes.Le-réacteur est alors muni de moyens d'agitation aptes à engendrer un contact intime en- tre le liquide à traiter et le complexe enzymes-supports ; les moyens de prélèvement sont, de préférence dans ce cas, situés au niveau de la surface du liquide et adaptés pour prélever par aspiration ledit liquide à niveau constante Ce mode de réalisation peut être mis en oeuvre avec des supports solides qui ont une forte tendance à se colmater, par exemple, cellulose, amidon, dextranes, argile, etc... X ention s'étend à un procédé de clarification dtun jus au moyen d'enzymes pectinolytiques ; ce procédé consiste à préparer un complexe enzymes-supports tel que sus-évoqué et à amener en continu le jus en contact avec ce complexe dans une installation telle que ci-dessus décrite0 La clarification des jus, par exemple, jus de fruits, jus de légumes, etc... se produit dans de remaraua- bles conditions de rapidité et d'efficacité au moyen d'un tel procédé ; les jus obtenus ne comportent aucun corps étranger et dans la plupart des cas, peuvent entre utilisés sans autre traitement. Plusieurs exemples d'application de ce procédé sont don- nés ci-dessous Exemple 1 : Application du procédé sur des composés pectiques obte- nus artificiellement. Pour analyser les résultats obtenus par le procédé, on a préparé trois solutions de dérivés pectiques, à savoir, pectines de pomme, pectines de citron, acides polygalacturoniques ; en lte- xemple, les solutions contiennent deux grammes de dérivés par litre, dissouts dans une solution tampon-acétate 0,01 M à pH 4. Le procédé est mis en oeuvre dans une installation com- prenant une colonne de vingt centimètres de hauteur et de un de dia, mètre thermostatée à 350C ; cette colonne contient vingt grammes de complexe particules de briques-enzymes pectinolytiques. Le débit dans la colonne a été réglé à trente millilitres par heure, ce qui représente un temps de séjour du liquide à l'intérieur de la colon, ne de vingt minutes. Les préparations enzyrnatiqaes utilisées sont évidemment adaptés à la nature du dérivé traité ; les résultats donnés dans le tableau ci-dessous ont été obtenus, pour la pectine de pomme et la pectine de citron au moyen d'une préparation enzymatique d'ori- gine "Sigma" et pour l'acide polygalacturonique au moyen d'une préparation enzymatique d'origine "La Rapidase". Dérivés pectiques : Degré de méthylation : Hydrolyse obtenue : initial % : Pectine de pomme : 90 : Pectine de citron : 64 : 58 Acide polygalacturonique: 0 : 52 On sait que le degré d'hydrolyse atteint est fonction croissante du degré de clarification obtenu ; en effet, ce degré d'hydrolyse mesure directement la diminution de viscosité da liqci- de et donc le degré de clarification. On voit dans le tableau ci-dessus que, en un laps de temps très court, on obtient une clarification importante quel que soit le degré de méthylation initial du composé en choissant, bien entendu, l'enzyme pectinolytique convenable. Exemple 2 : Application du procédé sur un jus de pomme naturel. Dans une colonne de vingt neuf centimètres de hauteur et de quatre centimètres de diamètre, on introduit quatre cents milli- litres de complexe brique-enzyme pectinolytique (d'origine "La Ra pidase"). La colonne est thermostatée à 300C et est aliientée pat le Jus de pomme à raison d'un débit de cent millilitres par heure, représentant un temps de séjour de deux heures. La teneur en composés pectiques est déterminée après pré- cipitation à l'alcool, centrifugation, lavage du culot à l'alcool, nouvelle centrifugation et lavage du nouveau culot à l'acétone puis redissolution du précipité dans l'eau distillée. Le dosage des peotines est alors réalisé par la méthode de "BITTER et MUIR", qui utilise la coloration produite par le carbazole en présence de comZ posés uroniques. La quantité de composés pectiques avent traitement était de deux cent soixante dix huit milligrammes par litre ; après trai- tement, on trouve soixante quatre milligrammes par litre, doit une diminution de 77 %. L'analyse des jus avant et après traitement a donné les résultats suivants Avant traitement Après traitement Densité (à 15 C) 1.044,2 1.044,2 Méthanol (mg/1) 663 524 Acidité totale (méq/1) 41,8 46,3 Acidité volatile (még/1) 0,80 0,80 502 total (mg/1) 212 209 Extrait sec réduit (g/1) 2),50 22,58 Sucres (g/1) 90,50 91,70 Degré alcoolique 0,10 0,10 En dehors des composés pectiques, le traitement n'entraî- ne donc pas de modifications quantitatives des constituants eseen- tiels. Exemple 3 : Application du procédé sur un Sus de raisin naturel. On opère dans les conditions décrites dans l'exemple 2, le Jus de raisin remplaçant le jus de pomme. La teneur en composés pectiques passe de dix neuf à sept milligrammes par litre, soit une diminution de 63 % et les résultats analytiques des constituants essentiels sont les suivants: Avant traitement Après traitement Densité (d 15 C 1.063,7 1.064,2 Méthanol (mg/1) 189 190 Acidité totale (még/1) 63 63 Acidité volatile (még/1) 2,7 2,7 502 total (mg/1) 306 338 Extrait sec réduit (g/1) 19,05 19,70 Avant traitement Après traitement sucres (g/1) 156,50 157,10 Degré alcoolique 0,25 0,24 Comme pour le jus de pomme, ou ne constate pas de modifications quantitatives des constituants essentiels du jus de raisin. Par ailleurs, l'invention s'étend également à un procédé de préparation d'une solution de pectines présentant une teneur dé- terminée en groupes méthoxyl ; selon ce procédé, on prépare un com plexe formé de supports solides sur lesquels sont fixées des enzymes pectinolytiques, du type pectines méthylestérase, et la solution de pectine est amenée en continu au contact dudit complexe dans une installation telle que décrite précédemment. Exemple 4 : Application du procédé pour la préparation d'une solo tion de pectine de citron présentant une teneur déterminée en grou- pes méthoxyl. On part d'une solution de pectine de citron présentant une teneur de 60 % en groupes méthoxyl et le but fixé consiste à réduire cette teneur à 30 %. Pour ce faire, dans un réacteur agité de mille mililitres, on introduit dix gommes de complexe cellulose-pectine méthylestéra- se dans un volume total de cinq cents millilitres. On opère à 250 O en continu en alimentant le réacteur avec une solution de pectine de citron à quatre grammes par litre, le débit étant de cinquante millilitres par hiire. Dans ces conditions, la pectine de citron obtenue présente une teneur de 30 % environ en groupes méthoxyl. Notons que par une simple variation du débit, il est possible d'ob- tenir des solutions de pectine présentant ies teneurs en groupes méthoxyl différentes. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'inven- tion se dégageroat de la description qui suit en regard des dessins annexés lesquels, description et dessins, ne sont donnés ql'à titre d'exemples non limitatifs ; sur ces dessins qui font partie inté- grange de la description : - la figure t est un schéma d'une installation comportant un réacteur à lit fixe, - la figure 2 est un schéma d'un autre type d'installation comportant un réacteur qui contient une phase liquide dans laquelle baigne une phase solide. L'installation représentée à titre d'exemple à la figure 1 comprend un réservoir de liquide à traiter 1 qui renferme un jus, notamment un jus de fruits ; ce jus récemment extrait a été débar- rassé des matières en suspension. Le réservoir 1 est relié par une conduite 2 et une vanne 3 à une pompe doseuse 4 qui injecte le jus, à travers une conduite 5 et une vanne 6, à la base d'un réacteur 7. Ce dernier est rempli de particules solides, par exemple, billes de verre sur lesquelles ont été fixées des enzymes pectinolytiques. Ces particules sont maintenues en contact les unes avec les autres, de sorte que le réacteur fonctionne en lit fixe. Le réacteur 7 est doté d'une jacquette thermostatée 8 permettant de réer sa température à une valeur déterminée. De plus, sur la conduite 5 est disposé un échangeur de température 9 permettant d'amener le jus, avant son entrée dans le réacteur, à une température égale à la température dudit réacteur. Un débitmètre 10 permet d'effectuer un contrôle du débit de jus injecte. L'effluent sort après traitement par surverse en teste du réacteur par une conduite 11 à travers une vanne 12 pour pénétrer dans un viscosimètre 13. Ce denier comporte un réservoir 14 à l'in- térieur duquel est périodiquement prélevée une fraction aliquote de l'effluent dirigée vers un iiiodule de mesure de viscosité 15. L'effluent est recueilli i dans un réservoir de stockage 16 par une conduite 17 dotée d'une vanne 18. Le module de mesure 15 de type classique fournit un signal électrique qui est injecté dans des moyens d'asservissement 19, par exemple, un régulateur apte à comparer la valeur de ce signal à une valeur de consigne et à asservir le fonctionnement de la pompe do- seuse. Une telle boucle fermée d'asservissement permet de fixer le degré de clarification du jus à une valeur donnée. Par ailleurs, l'autre type d'installation schématisée à la figure 2 comprend un réservoir 20 renfermant le jus à traiter ce réservoir est relié de la même façon que précédemment par une conduite 21 et une vanne 22 à une pompe doseuse 23 qui injecte le jus, par une conduite 24 et une vanne 25, dans un réacteur 26. Le réacteur 26 est thermostaté au moyen d'une jacquette 27, cependant qu'un échangeur de température 28 permet d'amener la température du jus entrant dans le réacteur à la température de fonctionnement de ce dernier. Le réacteur contient une phase liquide constituée par le jus en cours de traitement dans laquelle baigne un complexe ensy- mes-supports formé par exemple, de particules de cellulose sur les- quelles ont été fixées des enzymes pectinolytiquesO Le réacteur est pourvu d'un agitateur à hélice 29 entraîne par un moteur à vitesse réglable 30. Cet agitateur conditionne un contact intime entre le jus à traiter et le complexe enzymes-supports. De plus, le réacteur 26 est équipe de moyens de prélève- ment adaptés pour prélever par aspiration le liquide à niveau cons- tant. En l'exemple, ces moyens comprennent un collecteur 31 comportant une couche poreuse à travers laquelle est aspiré le liquide, et une pompe d'aspiration 32 engendrant un effet d'aspiration à travers une conduite 33 à l'extrémité de laquelle est monté le collecteur 31 ; cette conduite 33 est dotée d'une vanne 34. Le liquide aspiré est conduit vers un réservoir de stockage 35 à travers une conduite 36 et une vanne 37. En outre, pour décolmater la couche poreuse du collecteur 31, l'installation comprend des moyens d'injection d'air, constitués en l'exemple par un compresseur 38 soufflant à travers une conduite 39 ; cette conduite est pourvue d'une cartouche de laine de verre 40, d'un humidificateur 41 et d'une électro-vanne.Des moyens de programmation, en particulier une minuterie 43 sont appelés à mettre en action ces moyens d'injection d'air selon un progrume déterminé en agissant sur le compresseur 38 et sur l'élec- tro-vanne 42 Notons que, aomme dans l'installation schématisée à la figure 1, un viscosimètre (non représenté) peut être intégré entre le réservoir de stockage 35 et la pompe 15 ; comme précédemment, ce viscosimètre est associé à un régulateur pour agir sur la pompe doseuse 23. L'invention ayant maintenant été exposée et son intérêt justifié sur des exemples détaillés, le demandeur s'en réserve l'exclusivité pendant toute la durée du brevet sans limitation au- tre que celle des termes des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 - Installation pour le traitement de liquides, du type jus de fruits, jus de légumes, solutions de pectines, au moyen dtensymes de nature adaptée audit traitement, en particulier enzymes pectinolytiques déterminant la clarification desdits liquides, ladite installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend un réservoir de liquide à traiter, un réacteur à fonctionnement continu contenant un complexe formé de supports solides sur lesquels sont fixées les enzymes, des moyens de canalisation reliant le réservoir de liquide à traiter et ledit réacteur, des moyens de pompage aptes à assurer l'écoulement continu du liquide vers le réacteur, des moyens de pré- lèvement du liquide à l1intérieur du réacteur, des moyens de canalisation associés aux moyens de prélèvement et adaptés pour guider le liquide prélevé vers un réservoir de stockage. 2 - installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le réacteur est constitué par une colonne verticale alimentée à une extrémité en liquide à traiter à travers les moyens de canalisation précités, les supports solides sur lesquels sont fixées les enzymes étant disposés en lit fixe dans ladite colonne et les moyens de prd- lèvement étant situés à l'autre extrémité de la colonne, 3 - Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le réacteur est muni de moyens d'agitation aptes à engendrer un contact intime entre le liquide à traiter et le complexe enzymes-supports en milieu hétérogène liquide-solide, les moyens de prélèvement étant situés au niveau de la surface du liquide et adaptés pour prélever, par aspiration, ledit liquide à niveau constant. 4 - Installation selon la revendication 3 caractérisée en ce que les moyens de prélèvement comprennent une couche poreuse à travers laquelle est aspiré le liquide traité. 5 - Installation selon la revendication 4 caractérisée en ce qulel- le comprend des moyens d'injection d'air sous une pression déterminée à travers la couche poreuse précitée et des moyens de programme, tion adaptés pour mettre en action ces moyens d'injection selon un programme déterminé en vue du dé colmatage de ladite couche poreuse. 6 - Installation selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisée en ce que les moyens de canalisation dans lesquels cil cule le liquide traité, sont dotEs d'un viscosimètre apte à fournir un signal électrique représentatif de la viscosité du liquide qui le traverse, des moyens d'asservissement étant électriquement reliés audit viscosimètre en vue de recevoir le signal électrique pré- cité, lesdits moyens d'asservissement étant adaptés pour asservir les moyens de pompage en vue de commander le débit d'injection de liquide dans le réacteur. 7 - Installation selon l'une des revendications i, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisée en ce que le réacteur est entouré d'une jacquette thermostatée apte à lui conférer une température déterminée, un échangeur thermique étant monté en amont du réacteur sur les moyens de canalisation de liquide à traiter en vue d'amener ce liquide à la température précitée. 8 - Procédé de clarification d'un jus, notamment jus de fruits ou jus de légumes, au moyen d'enzymes pectinolytiques, caractérisé en ce qu'il consiste à préparer un complexe formé de supports solides sur lesquels sont fixées les enzymes et à amener en continu le jus au contact dudit complexe dans une installation selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7. 9 - Procédé de préparation drune solution de pectines présentant une teneur déterminée en groupes méthoxyl au moyen d'enzymes pectinolytiques du type pectine-méthylestérase, caractérisé en ce qu'il consiste à préparer un complexe formé de supports solides sur lesquels sont fixées les enzymes et à amener en continu la solution de pectines au contact dudit complexe dans une installation selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8.