Brevet FR2361466A1 — publié le 19780310

La présente invention concerne un procédé de désinté- gration en continu de cellules Ae micro-organismes,opération qui est nécessaire notamment dans l'industrie microbiologique, l'industrie alimentaire et dans celle des produits médicinaux. L'invention comprend également la construction d'une unité destinée à la désintégration en continu d'une suspension de cellules de micro-organismes, notamment de levures, bactéries et champignons. Cette unité peut être utilisée aussi bien comme un appareil polyvalent dans les industries microbiologiques pour la préparation de produits de désintégration de cellules, caractérisés par leur tendance accentrice pour une metabolisation intensifiee, pour le remplacement du stade de la plasmolyse, ainsi que pour l'isolement des biopolymères intracellulaires tels que les protéines, les enzymes, les acides nucléiques, etc. Il existe un grand nombre de procédés et d'appareillages pour la désintégration des cellules de micro-organismes, qui sont utilisés dans la pratique de laboratoire ( ef. "La désintégration des micro-organismes". Recueil d'articles, Travaux de la Première Conférence pansoviétique. Pouchtchino na-Oké, 1972). Toutefois, l'utilisation sur une grande échelle des ddsintégrateurs dans ces buts est limitée à deux procédés avec des appareillages appropriés. 'un est le procédé d'extrusion hydraulique qui consiste à comprimer une suspension de cellules jusqu'à des pressions voisines de 3000 atm, et à purger ensuite eette pression jusqu'à la pression atmosphériQue en un ou plusieurs échelons. L'unité connexe a été étudiée par la société santon Gaulin (E tat s-Unis d'Amérique). Elle est livrée pour un débit de 10 m3/h au maximum. Pareille unité a éte créée essentiellement pour I'homogénéfsation du lait, des produits de laiterie, des jus, des aliments pour enfants, etc. Elle a fait l'objet de recherches pour la désintégration des cellules de micro organismes. Les résultats obtenus étaient incertains et dépendaient de la pression et de sa vitesse de variation. Un appareil de ce genre est caractérisé par la mise en oeuvre de hautes pressions (jusqu'à 3000 atm), par de fortes consommations d'énergie et une quantité importante de métaux entrant dans sa construction, ainsi que par une efficacité insuffisante de la désintégration des cellules allant de pair avec une chute de pression par échelon unique; Un autre procédé appliqué sur une grande échelle et utilisé pour la désintégration des micro-organismes est un broyeur à billes dans lequel le broyage des cellules est effectué par des corps sphériques (en carborundum, verre, etc) due 0,5 à 0,75 mm de diamètre dans une jarre cylindrique refroidie, munie de battes qui tournent à grande vitesse. Des désintégrateurs de ce genre, du type Dyno-Mill, sont fabriques par la société WAB (Suisse) et, suivent les caractéristiques fournies par leur constructeur, ils ont un débit jusqu'à 0,3 m3/h, exprimé en suspension de cellules. De telles unités sont caractérisées par des consommations d'énergie très élevées, par un fort échauffement, par l'usure des billes proprement dites, par une basse fiabilité et par des complications qui surgissent quand on cherche à extrapoler les unités à des cotes plus considérables, en vue de leur industrialisation. On connatt également une unité fondée sur le principe de la décompression (ci 0 une demande de certificat d'auteur déposée en URSS sous le n0 2 092 098/13 en date du 30 Décembre 1974). Elle comprend deux jarres à parois épaisses reliées en série, dont l'une sert de jarre de mélange, et l'autre de jarre de manutention et d'homogénéisation. La jarre de mélange comporte des entrées pour la suspension de cellules arrivant par l'intermédiaire d'une pompe de dosage, ainsi que pour le gaz comprimé. Elle a d'autre part un sélecteur (régulateur) de niveau, par exemple du type à flotteur. La suspension de cellules saturée sous une pression de gaz de 100 à 120 atm traverse la jarre de manutention et d'homogénéisation. Elle est détendue jusqu'à la pression atmosphérique dans un dispositif désintégrateur comprenant deux corps, dont l'un, supérieur, est muni d'un siège à plateau rendu étanche par un joint, et l'autre, inférieur, est muni d'un siège avec un bourrelet circulaire venant s'appuyer sur un amortisseur. Les corps sont réunis par trois goujons avec bagues de centrage et vis de réglage. Les inconvénients de l'unité connue qui vient autre décrite tiennent à la complexité du réglage de son dispositif désintégrateur, à la grande quantité de travail nécessaire audit réglage, à la nécessité d'appliquer des efforts considérables, ainsi qu'au débit relativement modéré de ladite unité, calculé en suspension de cellules (environ 100 1/h). On connalt d'autre part un dispositif décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amdrique no 2 190 689 (1940), destiné à la désintégration de cellules de levures. Ledit dispositif se compose des sous-ensembles essentiels suivants : une banche destinée å"l'activation" de la levure, une pompe destinée à véhiculer la suspension à travers un échangeur de chaleurréfrigérant vers un broyeur à colloides, un eompresseur haute pression, un échangeur de chaleur-réchauffeur et, finalement, une tête d'atomisation et un collecteur qui peut se trouver sous la pression atmosphérique ou sous vide. On connaît également une demande de certificat d'auteur déposée en URSS NO 477742, cl. B02C, 19/00, c 12k, 1/00 en vue de protéger un dispositif de désintégration de matières biologiques, étudié par le Centre de recherches "VNIIsintézbélok" par un collectif d'inventeurs identique à celui de la présente demande de brevet. Le dispositif revendiqué dans cette demande se compose d'une jarre cylindrique à parois épaisses dans laquelle on place les matières à traiter et où l'on crée une pression de gaz en purgeant ensuite cette pression à travers une soupape creuse à forte section transversale vers un récipient ae réception. La levée de la soupape et la purge de pression sont effectuées par un levier fixé au-dessous du récipient de réception. Si le premier dispositif est caractérisé par des stades d'opération multiples, par la complexité de ltéquipement et le contrôle compliqué des opérations, le second est caractérisé par la périodicité de la désintégration des matières biologiques. La mise en oeuvra d'un bloc réfrigérant et d'un bloc réchauffeur, d'un broyeur à colloldes qui, en règle générale, est caractérisé par un faible débit, dans le premier cas, et d'un régime périodique dans le second cas, ne peut titre considérée comme une solution efficace aussi bien sur le plan de la technologie que sur celui des avantages économiques. Ainsi, le but de la présente invention consiste à créer un procédé de désintégration en continu de cellules de microorganismes qui permette d'éviter les inconvénients des procédés technologiques connus visant des buts analogues. En outre, la présente invention vise à créer une unité pour la réalisation dudit procédé de la manière la plus avancée possible. On s'est donc proposé de modifier la préparation de la suspension aqueuse de cellules de micro-erganismes de manière à intensifier la désintégration sans compliquer exégérément le procédé technologique ni la conception de l'unité en comparaison des procédés et unités servant à des objectifs identiques. Pour résoudre ledit problème technique, la présente invention propose un procédé perfectionné de désintégration en continu de cellules de micro-organismes tels que les levures, les bactéries, les champignons, en laminant la suspension aqueuse de cellules de micro-organismes, ledit laminage de ladite suspension aqueuse de cellules provoquant la désintégration mécanique des enveloppes cellulaires, ledit procédé étant caractérisé, suivant l'invention, en ce que l'on sature au préalable la suspension aqueuse de cellules de micro-organismes par un gaz comprimé sous une pression réglable de façon que dans un volume de la suspension soit dissous au moins un volume de gaz, en ce que l'on maintient ensuite la suspension saturée de gaz sous la pression de saturation pendant un laps de temps suffisant pour obtenir une suspension uniformément saturée de gaz dans la totalité de son volume, et que l'on fait passer en continu la suspension préparée de la sorte à travers un sous-ensemble de désintégration dans lequel, lors du passage de la suspension à travers une fente étroite de laminage, il se crée une forte chute de pression dans les cellules, dont les enveloppes se désintègrent alors sous l'effet de la pression interne. La solution technique qui vient autre décrite permet d'intensifier considérablement la désintégration des cellules grâce au fait que l'on procède à une saturation préalable de la suspension de cellules par un gaz sous pression dans un récipient mélangeur. Suivant l'une des versions de réalisation de la présente invention, le procédé proposé est mis en oeuvre dans une unité caractérisée en ce qu'elle comporte deux jarres de pression à parois épaisses, reliées entre elles en série, l'une desdites jarres étant un récipient de mélange de la suspension de cellules avec le gaz comprimé, alors que l'autre est un récipient pour la manutention de la suspension saturée de gaz ainsi qu'un dispositif de désintégration comprenant au moins un sous-ensemble constitué par deux sièges de soupape orientés l'un vers l'autre et un mécanisme destiné à rapprocher lesdits sièges avec formation d'une fente réglable de laminage, l'un desdits sièges étant constamment soumis à l'effort d'un ressort. La solution technique qui vient autre décrite permet d'intensifier considérablement la désintégration des cellules grGce au fait que le récipient de mélange est doté d'un sélecteur de niveau qui crée un matelas de gaz au-dessus de la masse de suspension devant subir la saturation. Suivant un autre mode de réalisation de la présente invention, ladite unité est caractérisée en ce que le sousensemble de désintégration comporte deux corps en forme de bride, dont l'un est muni d'un siège à plateau de soupape avec un joint périphérique annulaire, alors que l'autre corps est pourvu d'un siège de soupape avec au moins un -bourrelet annulaire à sommet aigu portant sur les bords du premier siège de soupape cité, le deuxième corps en forme de bride comprenant un amortisseur élastique, et les deux corps étant réunis entre eux par un mécanisme fileté tendeur réglable. La solution technique qui vient d'être décrite permet d'intensifier sensiblement la désintégration des cellules grtce au fait que le récipient de mélange est relié en série au récipient destiné à la manutention et au repos de la suspension saturée de gaz. D'après une autre version de réalisation de la présente invention l'unité en question est caractérisée en ce que le dispositif de désintégration en continu comporte plusieurs sous-ensembles désintégrateurs d'une conception identique. Une telle solution technique permet d'intensifier considérablement la désintégration des cellules grtce au fait que le sous-ensemble de désintégration est constitué par deux sièges de soupape orientés l'un vers l'autre, formant entre eux une fente de laminage réglable, l'un desdits sièges étant constamment soumis à l'action d'un ressort, ledit sous-ensemble étant muni d'un mécanisme destiné au rapprochement desdits sièges. Suivant encore un autre mode de réalisation, l'unité proposée est caractérisée par le fait que le corps en forme de bride comprenant l'amortisseur est muni de plusieurs bourrelets annulaires disposés concentriquement sur le siège de soupape, ainsi que d'un orifice central pour l'évacuation des cellules désintégrées, alors que l'autre corps en forme de bride comporte un siège de soupape avec plusieurs conduits radiaux destinés à admettre la suspension dans la zone comprise entre lesdits bourrelets. La solution qui vient d'être indiquée permet d'intensifier considérablement la désintégration des cellules grtce au fait que le sous-ensemble de désintégration comporte deux corps en forme de bride, dont l'un est équipé d'un siège de soupape avec plusieurs conduits radiaux pour l'arrivée de la suspension, alors que l'autre a un siège de soupape pourvu de plusieurs bourrelets annulaires à sommet aigy8isposés concentriquement, ainsi que d'un orifice dans sa partie centrale, le second siège venant s'appuyer sur le premier siège de soupape cité, les deux corps étant réunis entre eux par un mécanisme fileté tendeur réglable, et l'un deux ayant un orifice dans sa partie centrale. Conformément à une autre version, l'unité est caractérisée par le fait que le dispositif dsintégrateur comprend un vibrateur-seccueur mécanique relié à l'un des corps en forme use bride. Une telle solution technique permet d'intensifier considérablement la désintégration des cellules gracie au fait que le sous-ensemble de désintégration est muni d'un vibrateur secoueur mécanique relié à l'un des corps en forme de bride. Enfin, conformement à un autre mode de réalisation de la présente invention, l'unité en question est caractérisée en ce que le récipient de mélange de la suspension et du gaz branché sur l'entrée du dispositif désintégrateur est muni d'un sélecteur -de niveau maintenant un niveau prédéterminé du matelas de gaz au-dessus de la masse de suspension à saturer. Une telle solution technique permet d'intensifier sensiblement la désintégration des cellules gråce au fait que le dispositif destiné à la désintégration en continu comporte plusieurs sous-ensembles de désintégration de conception identique. L'essentiel de la présente invention ainsi que d'autres caractéristiques et avantages de celle-ci seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente un schéma technologique de principe de l'unité destinée à la désintégration en continu des cellules de micro-organismes suivant la présente invention ; - la figure 2 représente le sous-ensemble désintégrateur de l'unité représentée sur la figure 1 (vue d'ensemble avec coupe partielle). Le procédé revendiqué de désintégration en continu de cellules de micro-organismes du genre levures, bactéries et champignons, par laminage d'une suspension aqueuse des cellules de micro-organismes au cours duquel s'effectue la désintégration mécanique des enveloppes cellulaires, consiste à saturer au préalable d'un gaz comprimé ladite suspension aqueuse de cellules de micro-organismes sous une pression réglable de façon que dans un volume de ladite suspension se dissolve au moins un volume de gaz. Ensuite on maintient la suspension saturée de gaz sous la pression de saturation pendant un laps de temps suffisant pour obtenir une suspension uniformément saturée de gaz dans l'ensemble de son volume.On fait passer en continu la suspension préparée de la sorte à travers un sous-ensemble de désintégratîqn dans lequel, au moment du passage de la suspension à travers une fente étroite de laminage, il se crée une brusque chute de pression dans les cellules, dont les enveloppes se désintégrent sous l'effet de la pression interne. L'unité pour la désintégration en continu de la suspension de cellules de micro-organismes par le procédé conforme à l'invention est exécutée sous forme de deux jarres cylindriques à parois épaisses : une jarre de mélange 1 (figure 1) et une jarre de manutention et d'homogénéisation 2. A la partie supérieure de la jarre de mélange i sont ménagés des conduits d'amenée de a suspension de cellules au moyen d'une pompe de dosage 3, ainsi que du gaz comprimé arrivant par une eonduite haute pression sur laquelle, à l'intérieur de la jarre de mélange 12 est monté un sélecteur de niveau 4, par exemple du type à flotteur. A la partie inférieure de la jarre de mélange 1 est prévue une pipe allant vers la partie inférieure de la jarre de manutention et d'homogénéisation 2, à la partie supérieure de laquelle se trouve une pipe allant vers un dispositif désintégrateur 5 logé dans une boche collectrice 6. Sous sa forme générale le sous-ensemble désintégrateur comporte deux corps en forme de bride, dont l'un est équipé d'un siège de soupape à plateau avec un joint périphérique annulaire, alors que dans l'autre corps est prévu un siège de soupape avec au moins un bourrelet annulaire à sommet aigu venant s'appuyer sur les bords du premier siège de soupape mentionné, le deuxième corps en forme de bride comportant un amortisseur élastique et les deux corps étant réunis entre eux par un dispositif fileté tendeur réglable. En particulier, le dispositif désintégrateur 5 (figure 2) se comppse de deux corps en forme de bride : un corps supérieur 7 équipé à sa partie supérieure d'un secoueur 8, notamment du type à vibrateur électrique, et à sa partie inférieure, d'un siège à plateau 9 avec plusieurs conduits radiaux 10, et un corps inférieur i1 ayant un orifice débouchant 12 dans sa partie centrale et équipé d'un siège 13 constamment soumis à l'action d'un ressort, prenant appui sur un amortisseur 14 et comportant un double bourrelet annulaire 15 à sommetsaig e-t un orifice débouchant 16 dans sa partie centrale. Lesdits corps sont réunis par trois goujons 17 bagues 18 et vis de réglage 19 qui forment un mécanisme de rapprochement des sièges 9 et 13. Au moyen dudit mécanisme de rapprochement des sièges (9 et 13), dont l'un est soumis à l'action d'un ressort et associé à un amortisseur, on peut régler la valeur de la fente de laminage formée entre lesdits sièges. La présente invention prévoit îapossibilitWd'utiîîser plusieurs sous-ensembles de désintégration de conception identique tels que celui que l'on vient de décrire et reliés entre eux en série. Le fonctionnement de l'unité, c'est-à-dire la désintégration en continu de la suspension de cellules de micro-organismes, est réalisé de la manière suivante. Par la tuyauterie haute pression on fait arriver le gaz comprimé fourni par une bouteille ou un compresseur et on met en marche la pompe de dosage 3, qui réalise l'admission en continu de la suspension de cellules eonsécutivement dans la jarre de mélange 1 et dans la jarre de manutention et d'homogénéisation 2. Aussit3t que le niveau dans la Carre de mélange 1 commence à monter, le flotteur du sélecteur de niveau 4 fait surface et ouvre la soupape d'accès du gaz comprimé, qui barbote alors à travers la couche de suspension sous pression. La suspension de cellules saturée de gaz arrive ensuite en continu dans le dispositif désintégrateur 5 où la pression descend jusqu'à la pression atmosphérique ; cette suspension est recueillie dans la boche collectrice 6. La suspension de cellules arrive au siège à plateau 9 du corps supérieur 7 du dispositif, passe par les conduits radiaux 10, arrive dans 1' intervalle du bourrelet annulaire double 15 du siège inférieur 13 et se décharge vers l'extérieur et à l'intérieur de l'orifice débouchant 16 dans le siège et à la partie centrale du corps, pour etre recueillie ensuite dans la boche collectrice 6 et être enfin évacuée à l'extérieur. Au cours du travail la pression de désintégration est réglée par les vis de réglage 19. Simultanément on met en marche le secoueur 8, par exemple du type à vibrateur électrique, monté sur la partie supérieure 7 du dispositif désintégrateur 5, qui fonctionne en continu ou périodiquement lors de l'accroissement de la pression suivant les signaux fournis par un manomètre à contacts électriques (non représenté), et qui prévient le colmatage du dispositif désintégrateur 5. Ensuite, l'unité fonctionne en continu et automatiquement en réalisant la désintégration de la suspension de cellules de micro-organismes dans les intervalles de vitesses d'écoulement et de pressions imposés pendant un laps de temps prolongé. L'unité suivant l'invention est relativement simple, surie et automatique ; elle est facilement extrapolable à l'échelle industrielle et effectue la désintégration des suspensions de cellules de micro-organismes en continu, avec une haute efficacité. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalenta techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé de désintégration-en continu de cellules de micro-organismes du type levures, bactéries, champignons, par laminage d'une suspension aqueuse desdites cellules de microorganismes, au cours duquel on obtient une désintégration mécanique des enveloppes cellulaires, caractérisé en ce que lton sature au préalable une suspension aqueuse des cellules de micro-organismes avec un gaz comprimé sous une pression réglable, de façon qu'un volume de suspension dissolve au moins un volume de gaz, ensuite on maintient la suspension saturée de gaz sous la pression de saturation pendant un laps de temps suffisant pour obtenir une suspension uniformément saturée de gaz dans l'ensemble de son volume, et on fait passer en continu la suspension préparée de la sorte à travers un sous-ensemble de désintégration dans lequel, lors du passage de la suspension à travers une fente étroite de laminage, il se crée une chute brusque des pressions dans les cellules, dont les enveloppes se désintègrent alors sous l'effet de la pression interne. 2. Unité pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte : deux jarres à parois épaisses et reliées entre elles en série, dont l'une est une jarre de mélange de la suspension de cellules et du gaz comprimé, et l'autre, une jarre ae manutention et d'homogénéisation destinée au maintien de la suspension saturée de gaz, ainsi qu'un dispositif de désintégration comprenant au moins un sous-ensemble constitué par deux sièges de soupape orientés l'un vers l'autre, et un mécanisme destiné au rapprochement desdits sièges avec formation d'une fente de laminage réglable, l'un desdits sièges étant constamment soumis à l'action d'un ressort. 3. Unité suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le sous-ensemble de désintégration comporte deux corps en forme de bride, dont un Premier équipé d'un siège à plateau de soupape avec un joint périphérique annulaire, alors que le second corps est pourvu d'un siège de soupape pourvu d'au moins un bourrelet annulaire à sommet aigu qui vient porter contre les bords du siège de soupape cité en premier, ledit second corps en forme de bride comportant un amortisseur élastique et les deux corps étant réunis par mécanisme fileté tendeur réglable servant au rapprochement des sièges. 4. Unité suivant l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que le dispositif de désintégration en continu comporte plusieurs sous-ensembles de conception identique 5. Unité suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le corps en forme de bride équipé de l'amortisseur précité comporte sur son siège de soupape plusieurs bourrelets annulaires précités disposés concentri- quement, et comporte en outre dans sa partie centrale un orifice pour 1' évacuation des cellules désintégrées, alors que l'autre corps en forme de bride comporte un siège de soupape avec plusieurs conduits radiaux destinés à amener la suspension dans la zone entre lesdits bourrelebiannulaires. 6. Unité suivant l'une des revendication 2 à 5* caractérisée en ce que son dispositif désintégrateur comprend un vibrateur-secoueur mécanique relié à l'un des corps en forme de bride. 7. Unité suivant l'une des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que la jarre de mélange de la suspension et du gaz, reliée à l'entrée du dispositif désintégrateur, comporte un sélecteur de niveau maintenant un niveau prédéterminé du matelas de gaz au-dessus de la masse de suspension à saturer.