Brevet FR2493729A1 — publié le 19820514

La présente invention a pour objet des procédés et les moyens de mise en oeuvre pour des traitements utilisant des substances ou organismes susceptibles de modifier les milieux avec lesquels on les met en contact tels les catalyseurs, les enzymes ou diastases, les ferments, les micro-organismes ou autres agents dont l'usage est de plus en plus fréquent dans l'industrie La présente invention a également pour objet la séparation de ces agents de ces milieux en vue de l'arrêt de leur action sur au moins une partie de l'ensemble du milieu à traiter, et de leur récupération en vue d'un éventuel recyclage ou d'une éventuelle réutilisation, ceci pouvant être effectué en continu. La présente invention concerne donc plus particulièrement le traitement catalytique en phase liquide entre autres matières de produits d'origine naturelle et plus particulièrement d'origine biologique, les catalyseurs employés étant des enzymes, diastases, ferments, micro-organ;s- mes ou équivalents. Elle a également pour objet la récupération de ces catalyseurs en vue de leur réemploi. Dans ce qui suit et à titre illustratif on se référera essentiellement à la catalyse enzymatique qui constitue un domaine d'application particulièrement remarquable de la présente invention. Sans sortir du cadre de la présente invention, lthomme de l'art pourra trouver de nombreux emplois aux procédés et moyens de traitement catalytique et notamment enzymatique et de récupération tels que décrits ci-après. Dans de très nombreuses industries faisant intervenir des matieres premières généralement biologiques ou microbiologiques on fait appel à des transformations de ces matières premières ou à leurs modifications quant à leur composition à l'aide d'enzymes spécifiques des constituants à traiter ou à obtenir des buts recherchés. L'utilisation de protéase, d'amylase, d'invertase, de pectinase ou autres est bien connue de l'art antérieur dans de nombreuses applications d'innombrables industries et en particulier dans les industries agro-alimentaires. Par ailleurs, dans certaines industries, il importe fréquemment de traiter des matières premières contenant des molécules de grandes masses, telles notamment que les polymères naturels ou non . On peut inclure dans ces grosses molécules, les protéines, l'amidon, la cellulose qui sont des matières importantes dans des industries très diverses. Or, il est fréquent de les traiter à l'aide d'enzymes ; nais le cout de tels traitements est le plus souvent trop élevé et grève de fa- çon trop importante le prix de revient de produits obtenus.Les principales causes en sont 1) le prix de revient des enzymes 2) le fait que ces enzymes sont détruites après chaque traitement pour arrenter la réaction au point voulu de l'action cortsdérée On rappeler à ce sujet que les réactions enzymatiques sont generalemer,t des lyses et fréquemment des hydrolyses. 3) la destruction des enzymes rendue nécessaire selon le 2 peut se faire notamment par action chimique ou thermique et il est fréquent que cette opération consomme des quantités importantes d'énergie et altère plus ou moins la qualité de produits obtenus au point de rendre parfois impossible le recours à la voie enzymatique. Selon la présente invention, on cherche à reduire le cout de traitement enzymatique par la diminution de la consommation d'enzymes et d'énergie en récupérant les enzymes en vue d'un recyclage, en évitant leur destruction et en evitant également les dépenses énergétiques ou les réactions chimiques pouvant être nocives aux produits obtenus. L'un des problèmes connus dans l'art antérieur exposé ci-dessus est lie à celui de l'arrêt des réactions enzymatiques au point recherché de sorte que la solution de la destruction s' est imposée en pratique. Selon la présente invention, on recourt non pas à la destruction des enzymes mais à la séparation des produits hydrolysés d'une part, des enzymes d'autre part, au cours du traitement, ce qui bien entendu permet d'arreter l'action enzymatique sur les corps à traiter et la récupération des dites enzymes, notamment en vue d'un recyclage. Cela permet donc notamment d'envisager des réactions de traitements enzymatiques en continu. La séparation des enzymes d'une part, des produits traités d'autre part, peut se faire, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, sur des membranes d'appareils à ultrafiltration dont on choisit dans chaque cas le type, de sorte que le point de coupure moléculaire soit inférieur à la masse moléculaire des enzymes utilisées mais supérieure à celle des produits lysés. Selon ce procédé, les liquides lysés et ultra-filtrés sont donc stérilisés en meme temps, par cette ultra-filtration, ce qui assure leur propreté bacteriologique et une meilleure conservation sans avoir recours au classique procédé de pasteurisation coûteux en énergie.En conséquence, au lieu, comme dans le cas de l'art antérieur, de mettre fin à la réaction par des destructions essentiellement thermiques ou chimiques, on sépare par voie physique les réactifs et les produits de la réaction, ce qui économise de l'energie et évite ces destructions. Selon le présent procédé, on peut à tout moment rester maître des réactions en séparant les réactifs par l'ultra-filtration à des vitesses et à des stades contrôlables. On ne craint plus, comme c'était le cas dans l'art anté rieur, de. dépasser le point voulu et de perdre un lot. De plus on peut selon la présente invention travailler en continu alors que l'art antérieur contraignait à travailler en discontinu.On comprend donc ai sément pourquoi la présente invention permet d'échapper à la préoccupation antérieure d'éviter des accélérations de réaction et des dépassements et, comme on l'a constaté expérimentalement, permet d'accélerer les débits, les réactions et la production en diminuant directement et indirectement les coûts. Pour mieux faire comprendre les caratéristiques techniques et les avan tages de la présente invention, on va en décrire un exemple de réalisation étant bien entendu que celui-ci n'est pas limitatif quant à son mode de mise en oeuvre et aux applications qu'on peut en faire. On se référera à la figure unique qui représente une installation de traitement enzymatique. Dans ce qui suit, on se référera aux traitements de jus végétaux à titre d'exemple mais il peut s'appliquer à de très nombreux autres liquides contenant notamment des produits d'origine naturelle et en particulier des produits végétaux et animaux. Le matériel représenté à la figure I comprend essentiellement 3 cuves dont le volume va bien entendu être défini par l'homme de l'art compte tenu des quantités à traiter. La cuve I est destinée à recevoir le jus brut à traiter, la pompe 4 amène le jus brut dans le réacteur 2 où l'on introduit par ailleurs en 5 les enzymes nécessaires au traitement. La pompe 6 prélève les produits de réaction et les amène en 3, dans une chambre d'ultra-filtration ; le perméat constitué par le jus hydrolysé et clarifié est recueilli dans la cuve 7 tandis que le rétentat est récupéré en 8 en vue du recyclage dans le réacteur 2. Ce rétentat comprend donc les enzymes dans du liquide ; bien entendu, ce rétentat contenant également les impuretés, il faudra de façon con tinue ou périodique en éliminer pour éviter que le taux n'augmente ntaugmente constamment par le recyclage et finisse par entraîner le colmatage des filtres. Hais l'on remarque immédiatement que le jus clair est séparé des enzymes ainsi récupérés et ne risque pas les altérations dûs aux traitements chimiques et/ou thermiques d'arrêt de réaction selon l'art antérieur. Les membranes ou tubes de l'ensemble d'ultra-filration sont choisis à coupure correspondant aux masses moléculaires des constituants à séparer ; les formes de support des membranes et leur nature ne changent rien à l'invention, la séparation pouvant de meme se faire sur tout corps poreux ou équivalent permettant cette séparation selon les masses'moléculaires. L'homme de l'art~choisira le nombre et le. débit des pompes selon les capacités des cuves et réacteurs et les productions voulues. L'ensemble fonctionne de la façon suivante : le jus ou liquide brut est stocké en 1. Lorsqu'il arrive en 2 dans le réacteur qui par exemple a une contenance de 20.000 litres de liquide à traiter, on contrôle la température et le pH qui doivent correspondre à la zone d'activité optimale de l'enzyme ou des enzymes utilisées. Si tel n'est pas le cas, il est souhaitable, par tous les moyens classiques, d'opérer les corrections nécessaires. Au démarrage de l'installation, on ajoute en 5 la quantité d'enzymes réagissant avec la quantité de. produits. à traiter prévue. L'ultra-filtration laissera donc passer les produits lysés dont la masse moléculaire est tombée en dessous du point de coupure de l'ultra-filtration. Dans le réacteur 3 il faut brasser notamment au démarrage pour assurer une bonne homogénéité de réaction. Comme on l'a souligné plus haut les enzymes sont récupérées dans le rétentat de l'ultra-filtration et recy- clées en 8 dans le réacteur 2. On constate donc expérimentalement que la quantité totale d'enzymes à utiliser, n'est plus celle correspon dant à la totalité des matières à traiter mais est considérablement réduite, pratiquement à celle nécessaire au contenu du réacteur et de l'amont de l'enceinte d'ultra-flitration. La quantité de liquide clair traité et séparé en 7, est automatiquement remplacée dans la cuve 2 par une quantité égale de liquide brut venant de la cuve 1. La pompe d'alimentation 4 est donc mise en marche par des dispositifs automatiques, semi-automatiques ou manuels qui assurent la constance du niveau dans le réacteur 2. On peut utiliser tout système adéquat de l'art antérieur. De la sorte, la quantité d'enzyme recyclée reste pratiquement constante pour un volume de terminé de liquide et composition, elle aussi constante.On constate expérimentalement que le traitement peut ainsi se poursuivre pendant de longues heures, par exemple, 20 à 24 heures sans apport d'enzymes fraiches, si la lyse recherchée est toujours obtenue régulièrement mais bien entendu si l'on constate une diminution de l'action enzymatique, ce qui se manifeste progressivement par réaction du débit de perméation et peut même aller jusqu'a l'arrêt de l'ultra-filtration au bout d'un certain temps, ou effectuer les apports nécessaires d'enzymes fraîches. Cette diminution se traduit par une baisse rapide du débit d'ultra-filtration. Un contrôle chimique montre alors un ralentissement de la lyse, il faut donc contrôler le débit de l'ultra-filtration et la composition des produits traités de façon à recharger la quantité d'enzymes manquants si nécessaire. Le ralentissement du dit perméat peut également etre du à une surcharge du rétentat en matières insolubles ou à hautes masses moléculaires. Dans ce cas, on peut réduire ou arreter l'approvisionnement de la cuve 2, épurer le jus jusqu a concentration maximale du rétentat que l'on peut soit detruire, soit garder en vue d'autres traitements, mais comme on l'a dit plus haut, on peut après avoir testé l'installation nouvelle, définir de façon assez précise un soutirage régulier du rétentat et un remplacement correspondant des enzymes fraiches. On peut également en continu, filtrer plus grossièrement et/ou décanter le rétentat pour en éliminer les matières insolubles et les trop grosses molécules. On peut prévoir ainsi un second étage d'ultra-filtration à point de coupure net tendent plus élevé.L'expérience a montré notamment que l'économie sur la quantité d'enzymes pouvait depasser 50 % de la quantité totale prévue selon les techniqucs de l'art antérieur : par exemple dans le cas de la dépectinisation du jus de pomme, la quantité d'enzymes pectily- tiques classique est de 4 g par hectolitre de jus brut a pH 3,8 et 550 C. Dans une premiere expérimentation, si le réacteur 2 est de 20eOOO litres il faut donc 800 g d'enzymes au départ et si l'on a un débit de 10.000 litres par heure pendant 24 heures soit un traitement total de 200.000 litres en 20 heures, on constate que pratiquement les 800 g d'enzymes suffisent, alors que selon l'art antérieur on n'aurait traité que 20.000 litres de jus brut avec la meme quantité d'enzymes, ce qui fait une économie en enzyme de 90%. Dans une seconde expérimentation, on a pu réduire encore la consomzation d'enzymes. En effet, dans ce nouveau procédé d'evacuation des produits se faisant au fur et à mesure de la réaction, on assure une meilleure concentration aux réactifs enzymatiques, qui conjointement avec lagi- tation due à la circulation du liquide, entraînant une activation de l'hydrolyse. Ainsi a-t-on pu réduire dans ce cas l'apport initial de 800 à 400 g soit 0,2 g par hectolitre traité ou une économie de 95 % sur les enzymes. On a obtenu 4.500 litres de rétentat en fin de traitement, à extrait sec trop élevé pour être recyclable. Cependant, si l'on procède à un filtrage en continu de ce rétentat comme il a été dit plus haut, on peut récupérer la quasi-totalité des enzymes du rétentat qui peuvent ainsi etre recyclées. On a obtenu des résultats très comparables avec des traitements de jus à haute teneur en amidon. La présente invention s'applique donc à tous les traitements enzymatiques des produits en phase liquide (solution, suspension ou autres). On réduit donc considérablement les quantités d'enzymes nécessaires à la lyse. On peut assurer le traitement continu. On se dispense de traitements chimiques ou thermiques de blocage de l'action enzymatique, ce qui évite des depenses d'énergie et des destructions de produits et on obtient immédiatement des produits filtrés et bactériologiquement purs. Les procédés conformes à l'invention consistent donc à faire suivre la réaction par au moins une séparation physique par exemple par ultrafiltration, le rétentat contenant les agents étant en tout ou partie recyclé apres au moins une éventuelle separation des impuretés par exemple par filtration, ultra-filtration ou décantation. Les moyens mis en oeuvre sont donc essentiellement au moins un réacteur suivi d'au moins un dispositif rétentat après au moins un nouveau dispositif éventuel de séparation. La coupure dans les premiers séparateurs se fait à une masse moléculaire inférieure à celle des agents et supérieure à celles des composants du perméat, la coupure sur les séparateurs de recyclage se faisant entre celles des agents et celles des impuretés à plusgrande masse moléculaire ou à plus grosse granulométrie. REVENDICATIONS REVENDICATION I Procédé de traitement utilisant des agents modificateurs du milieu avec lesquels ils sont en contact tels que catalyseurs ou microorganismes, caract > - risé par le fait que les réactifs et produits du traitement sont soumis à au moins une étape de séparation qui isole les produits recherchés des agents. REVENDICATION 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'au moins un agent est une enzyme REVENDICATION 3 Procédé selon l'une des revendications l ou 2 caractérisé par le fait que la séparation est effectuée par ultra-filtration REVENDICATION 4 Procédé selon l'une des revendications I à 3 caractérisé par le fait que les produits à traiter sont d'origine biologique REVENDICATION 5 Procédé selon l'une des revendications I à 4 caractérisé par le fait que le rétentat issu des premières séparations est soumis a au moins une seconde séparation éliminant les impuretés REVENDICATION 6 Procédé selon la revendication 5 caractérisé par le fait que les der nières séparations sont effectuées par ultra-filtration. REVENDICATION 7 Procédé selon l'une des revendications I à 6 caractérisé par le fait que les premières séparations se font à coupure moléculaire séparant les agents des produits de la réaction Rl.VENDICATION 8 Procédé selon l'une des revendications 5 à 7 caractérisé par le fait que les dernières séparations se font à coupure moléculaire séparant les catalyseurs des impuretés RFVENDICATION 9 Procédé selon l'une des revendications I à 8 caractérisé par le fait (lu 'au moins une partie des agents est recyclée vers le réacceur kîVENDICATION 10 Dispositif pour mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications I à 9 caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un réacteur en série avec au moins un séparateur. REVENDICATION 11 Dispositif selon la revendication 10 caractérisé par le fait qu'au moins un séparateur est un ultra-filtre REVENDICATION 12 Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10 caractérisé par le fait qu'un circuit de recyclage ramène les agents vers le réacteur.