Brevet FR2409981A1 — publié le 19790622

L'invention a pour objet un procédé, utilisable à l'échelle industrielle, pour extraire la cystine contenue dans les kératines d'origines les plus diverses telles que les cheveux, les poils de chevreau, de porc, de cheval, de bovins. Outre la cystine, il permet, à partir de ces matières premières, la production simaltanée, de façon économique, de l'arginine, de l'acide glutamique, de la leucine et de la tyrosine, sans exclure celle de la valine, de la proline, de la sérine et de la thréonine.L'hydrolyse des poils et cheveux peut être réalisée au moyen d'acides minéraux forts ; elle conduit pour ces derniers à un mélange de pigments, d'acides gras non dénues d'intérêt en cosmétologie et de divers amino-acides dont le pourcentage est sensiblement le suivant : Cystine (17-18 %), acide glutamique (13,6 %), sérine (10,6 %), arginine (9 Z), thréonine (8,5 2/0), leucine (6,4 %), valine (5,5 %), isoleucine (4,8 %), proline (4,3 %), glycine (4,1 %), acide aspartique (3,9 %), alanine (2,8 Z), phénylalanine (2,4 %), tyrosine (2,2 %), lysine (1,9 %), histidine (1,2 %), méthionine (0,7 %). L'isolement, la purification de ces amino-acides pour l'usage pharmaceutique à partir de ces hydrolysats est difficile, car ils s'entrainent en se relarguant les uns les autres. Leurs solubilités dans ces conditions sont plus ou moins diminuées ou accrues selon les m l'un d'entre eux et leur précipitation s'accomps- gne de celle d'un ou plusieurs congénères. Le procédé selon l'invention met en oeuvre des méthodes et des conditions particulières permettant de séparer ces amino-acides et de les isoler à l'état pur dans un ordre bieh déterminé. Le procédé comprend, dans une première étape, l'hydrolyse des cheveux ou poils dépoussiérés par l'acide chlorhydrique au reflux pendant 8 h. La solution obtenue est, après concentration sorts pression réduite, épuisée par un solvant chloré, tel que le trichloréthylène pour éliminer les acides gras. Dans une deuxième étape, la phase aqueuse, additionnée d'acétate de sodium, donne une solution S1 et un précipité P1 qui est repris par l'acide chlorhydrique, et après- addition d'acétate de sodium, on sépare un précipité de cystine P2 et une solution Dans une troisième étape, la solution S1, après concentration sous pression réduite, est additionnée de soude et de benzal ddhyde, et donne un précipité P3 de benzylid8ne-arginine et une solution S3. A partir du précipité P3 traité par l'acide chlorhydrique concentré, on récupère la chlorhydrate de L-arginine. Dans une quatrième étape, on récupère à partir de la solution S2, tout d'abord une deuxième fraction de cystine et du filtrat obtenu, par un réglage progressif du pH par addition d'acétate de sodium, on précipite le chlorhydrate de di-leucine qu'on transforme en leucine, puis à partir de la solution restante on précipite la tyrosine. Du filtrat obtenu on peut encore extraire, notamment la sérine et la thréonine. Dans une cinquième étape, on traitant la solution S3 par l'acide chlorhydrique, éliminant le précipite formé, extrayant le filtrat par le trichloréthylène, puis l'additionnant de baryte , on obtient un précipité d'où l'on sépare l'acide glutamique après précipitation de son chlorhydrate. L'exemple ci-dessous illustre, de façon détaillée, le procédé selon l'invention. 10) 200 g de cheveux d'homme dépoussiérés sont introduits dans un réacteur de 2.000 ml, muni d'un réfrigérant à reflux et d'un thermomètre, contenant 502 ml d'acide chlorhydrique du commerce (39,4 %) réchauffés à 600. Ce mélange est porté au reflux 8 heures. La solution fortement colorée est immédiatement concentrée sous pression réduite. L'on récupère ainsi 300 ml d'acide chlorhydrique correspondant à l'azéotrope (19-20 Z) qui est entièrement réemployé par la suite. Au résidu sirupeux sont ajoutés 200 ml d'eau et la solution , transvasée dans un extracteur, est épuisée avec 250 ml de trichloréthylène. On-isole ainsi 8 g d'acides gras (rendement 4 2/) et récupère la plus grande partie du solvant chloré. La phase aqueuse - débarrassée de traces de solvant par mise sous vide pendant 15 minutes - est additionnée de 251 g d'acétate de sodium cristallisé et laissée au repos quatre jours. Après essorage, on obtient un précipité P1 et une solution S1 de pH 4,20. 20) Séparation de la L-cystine. P1 est repris avec 400 ml d'acide chlorhydrique à 6 Z et après dissolution on ajoute 10 g de charbon actif ; l'agitation est maintenue quinze minutes ; de nouveau 10 g de charbon sont ajoutés et l'agitation poursuivie un quart d'heure. On filtre et le charbon est rincé à trois reprises par 30 ml d'eau bouillante. On obtient une solution qui est additionne de 136,1 g d'acétate de sodium Après une nuit de contact, le précipité de cystine P2 est séparé par essorage, lavé trois fois avec 10 ml d'eau bouillange, puis séché p = 28 g;&alpha;D20 = - 220 . (C = 1 dans HCl N). Avec ce premier jet de cystine, on obtient une solution S 30) Séparation de la L-arginine 2 La solution S1 (600 ml) est concentrée sous pression réduite pour éliminer 200 ml. d'acide acétique et 53 g de sels minéraux par un essorage consécutif. Au volume résiduel refroidi à 3-50, sont ajoutés goutte à goutte sous agitation 120 ml de lessive de soude, puis 11 g de benzaldéhyde. Après une nuit, le précipité en forme de paillettes est essoré, lavé deux fois avec 25 ml d'eau glacée. On obtient ainsi 19 g de benzylidène-arginine brute et une solution 53 La benzylidène-arginine est mise en suspension dans 30 ml d'eau, puis sont ajoutés 6,5 ml d'acide chlorhydrique concentré et le mélange est porté au bain-marie bouillant une heure en agitant.La solution est refroidie vers 150 et extraite deux fois pour récupérer environ 4 g d'un mélange d'aldéhyde et d'acide benzotque. La phase aqueuse est décolorée par deux grammes de charbon pendant quinze minutes. On filtre, lave ce charbon avec 30 ml d'eau bouillante. Filtrat et eaux de lavage sont concentrés sous pression réduite jusqu'à début de cristallisation et au résidu sirupeux refroidi à 50 sont ajoutés 30 ml d'éthanol. Après une nuit à cette température, les cristaux sont essorés et lavés avec 10 ml d'éthanol. On obtient ainsi 15 g de chlorhydrate d'arginine pur tx7 20 = + 12 (C = 4 dans l'eau), soit plus de 80 Z de l'arginine présente dans D la matière première. 40) Séparation d'un second jet de cystine, de la leucine et de la tyrosine. La solution S2 (1.300 mi) est concentrée à sec sous pression réduite. Le résidu est repris par 200 mi d'acide chlorhydrique à 6 Z et la solution traitée par 3 g de charbon pendant quinze minutes. Après filtration, le charbon est rincé deux fois avec 40 ml d'eau bouillante. La solution décolorée obtenue est concentrée sous pression réduite pour conduire à S4= 250 ml,pH = 0,2. Cette solution S4 est traitée par 11,50 g d'acétate de sodium pour amener son pH à 1,2 et agitée une nuit ; les cristaux essorés sont lavés avec 40 ml d'eau bouillante et séchés. On récolte ainsi une deuxième fraction de 3-4 g de cystine pure, ce qui porte à 90 Z environ le rendement global par rapport à la cystine présente dans les. cheveux. Obtention de la L-leucine. Le filtrat qui vient d'etre obtenu, ainsi que les 40 ml d'eau de lavage de la cystine précédente sont concentrés sous pression réduite à 200 mI et amenés à pH 1,3-1,4 avec l'acétate de sodium, Après une nuit on sépare 18 g de chlorhydrate de dileucine et une solution S5 . Ce chlorhydrate est repris par 50 ml d'eau tiède ; on ajoute 1 g de charbon, agite 15 minutes, filtre et rince le charbon par 40 ml d'eau chaude. Filtrat et eaux de lavage réunis sont traités avec 25 g d'acétate de sodium. La leucine libre précipite. Après essorage, les cristaux sont lavés avec un minimum d'eau glacée, puis par 10 ml d'éthanol et séchés. p ^ 10 g. ta 7 20 = + 150 (C 5 2.07 dans HC1 6 N) Rendement 78 Z de la leucine contenue dans la matière première. Obtention de la L-tyrosine La solution S5 est concentrée à 150 ml, puis neutralisée par 10 g d'acétate de sodium. La tyrosine précipite ; elle est essorée après une nuit, lavée avec 40 mi d'eau et reprise avec 50 ml d'acide chlorhydrique à 6 Z. La solution est décolorée avec 1 g de charbon pendant quinze minutes. Après filtration du charbon et son rinçage avec 20 mi d'eau chaude, filtrat et eaux de lavages réunis sont traités par 5 g d'acétate de sodium : ce qui porte le pH à 1,8-2,0. Après une nuit, on essore la tyrosine qui est lavée avec 40 ml d'eau. p = 3,50 g Ja7 DO = - 1006 (C = 4 dans HC1 N),soit un rendement voisin de 80 Z. Parallèlement, on obtient une solution mère 50) Séparation de l'acide L-glutamique La solution S3 provenant de l'essorage de la benzylidènearginine est traitée avec HC1 après refroidissement à 50C pour amener son pH à 6. Le précipité mineral qui apparaît dans ces conditions est éliminé et le filtrat extrait avec 2 x 30 ml de trichloréthylène, puis concentré à 300 ml.En agitant vigoureusement, on ajoute 40 g de baryte hydratée pulvérulente, puis, très lentement après sa dissolution, l.OOOml d'éthanol, de façon à obtenir un précipité granuleux et une solution S7 Le précipité granuleux est repris avec 185 ml d'acide chlorhydrique concentré dilués avec 70 mi d'eau. Lorsque la dissolution est totale, on ajoute 6,2 ml d'acide sulfurique concentré en agitant continuellement pendant 24 heures; après séparation du sulfate de baryum, le filtrat est concentré à moitié, refroidi vers 0 et saturé d'acide chlorhydrique gazeux. Après une nuit à la glacière, on récolte 25 g de chlorhydrate d'acide glutamique brut.Ils sont repris par 60 ml d'acide chlorhydrique à 6 Z à 600 et décolorés par 1 g de charbon actif. La solution obtenue est ajustée à pH 1,2 par l'acétate de sodium. L'acide glutamique qui précipite est essoré, lavé à l'eau glacée et seché p = 20 g. [&alpha;]D20 = + 31 5 (C - 1 dans HC1 6 N), soit 75 Z de la quantité présente dans la matière première. Les solutions S6 et S7 sont utilisées pour la production de la sérine, de lathréonine notamment. L'ensemble des opérations a été réalisé sur 2 et 10 kilogrammes de cheveux d'homme. Les résultats obtenus dans ces deux expériences reproduisent exactement les rendements obtenus avec 200 grammes. REVENDICATIONS 1. Procédé d'extraction des divers amino-acides de la kératine à partir des cheveux et des poils, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes Dans une première étape, on hydrolyse les cheveux ou poils dépoussiérés, par l'acide chlorhydrique au reflux, et la solution obtenue, concentre sous vide, est épuisée par un solvant chloré pour éliminer les acides gras. Dans une deuxième étape, la phase aqueuse de l'étape précédente, additionnée d'acétate de sodium, donne une solution S1 et un précipité P1 qui est repris par l'acide chlorhydrique, additionné d'acétate de sodium pour donner un précipité P2 de cystine et une solution Dans une troisième étape, la solution S1 de la deuxième étape est traitée, après concentration sous vide, par la soude et le benzaldéhyde et donne un précipité P3 de benzylidène-arginine d"où on récupère l'arginine et une solution 83 Dans une quatrième étape, on récupère, à partir de la solution S2 de la deuxième étape, tout d'abord une deuxième fraction de cystine puis, du filtrat obtenu, on précipite le chlorhydrate de di-leucine et à partir de la solution restante on récupère la tyrosine. Dans une cinquième étape, on sépare l'acide glutamique à partir de la solution S3 de la troisième étape. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans la première étape, on effectue l'hydrolyse avec de l'acide chlorhydrique à 39 Z, et qu'après avoir porté au reflux pendant 8 heures, on concentre la solution obtenue sous pression reduite en récupérant l'acide chlorhydrique sous forme de l'azéotrope (19-20 Z) qui est ensuite recyclé. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le solvant chlore utilisé dans la première étape pour extraire les acides gras est le trichioréthylène, et qu'on récupère de ce solvant, après l'extraction, la totalité des acides gras. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans la seconde étape, la phase aqueuse de l'étape précédente est additionnée d'acétate de sodium cristallisé et laissé au repos plusieurs ours pour donner un précipité qui est repris par l'acide chlorhydrique è 6 %, la solution obtenue est agitée sur charbon actif et traitée de nouveau par l'acétate de sodium pendant une inuit au repos pour récupérer un précipite de cystine. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le précipité P3 de benzylidène-arginine obtenu au cours de la troisième étape est traité par l'acide chlorhydrique concentré, au bain-marie bouillant, en agitant ; la solution est extraite pour récupérer un mélange d'aldéhyde et d'acide benzol'que, et la phase aqueuse laisse, après concentration sous pression réduite, eristalliser le chlorhydrate d'arginine. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solution S2 de la deuxième étape est concentrée à sec sous vide, le résidu est repris par l'acide chlorhydrique à 6 Z et la solution obtenue est , après concentration, traitée par l'acétate de sodium pour amener le pH à 1,2,par a-gitation pendant une nuit et l'on obtient ainsi un deuxième jetde cristaux de cystine. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au cours de la quatrième étape, le filtrat obtenu après avoir recueilli le deuxième jet de cystine est, après concentration, amené à pH 1,3-1,4 avec de l'acétate de sodium.pour précipiter le chlorhydrate de di-leucine qui, après reprise par l'eau est de nouveau traité par l'acétate de sodium pour précipiter la leucine libre. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solution séparée après précipitation de la leucine est, après concentration, neutralisée par l'acétate de sodium pour précipiter la tyrosine. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce que la solution S3 provenant de la séparation de la benzylidène-arginine dans la trosième étape est traitée par l'acide chlorhydrique jusqu'à pH 6 , on élimine le précipité formé et extrait le filtrat par du trichloréthylène ; après concentration sous vide on ajoute à la solution obtenue de la baryte, puis après dissolution, de ltéthanol, pour obtenir un précipité qui est repris par l'acide chlorhydrique pour éliminer d'abord un précipité de sulfate de baryum, puis après concentration du filtrat et saturation pour l'acide chlorhydrique gazeux, on récolte un précipité de chlorhydrated'acideglutamique. 10. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, à partir doesolutions de récupération de l'acide glutamique, on peut encore extraire la serine et la thréonine.