Brevet FR2545101A1 — publié le 19841102

L'invention concerne un procédé de modification des pectines de betterave les produits obtenus par ce procédé et leurs applications notamment dans les industries alimen- taires, cosmétiques ou pharmaceutiques. Certaines pectines, molécules naturelles constituées d'acide polygalacturonique partiellement méthylé c'est-à- dire dans lesquelles les fonctions sont partiellement esté- rifiées par du méthanol,le motif fondamental de ces polymè- res répondant à la formule O Hf O 00 OH COOH OH O O O L i;OH OCOOH H n COOH O sont utilisées couramment pour former des gels aqueux ou pour épaissir différents milieux La possibilité et les conditions de formation de ces gels dépendent essentielle- ment de la structure de la pectine qui est elle-même fonction du végétal dont elle est extraite et du procédé d'extraction. Ainsi ne sont utilisables actuellement que les pectines ex- traites des pommes, et des agrumes pour préparer soit des gelées et confitures, soit des cosmétiques,ou soit des adju- vants épaississants et déshydratants de diverses composi- tions. On sait que les pectines dites fortement méthylées, c'est-à-dire celles dont plus de 50 % des groupes carboxyliques des acides galacturoniques, sont estérifiés par le méthanol gélifient en présence de saccharose et en milieu acide; aussi sont-elles particulièrement utilisées pour les gelées et confitures. Les pectines moins méthylées, gélifient en présence d'ions Ca 2,par formation de liaisons de coordinence entre les atomes d'oxygène et le cation mais la préparation de gels convenables est délicate du fait de phénomènes secondai- 2 2545101 res de précipitation,notamment lors de l'addition de la solution de Ca Certaines pectines naturelles,vraisemblablement par- ce qu'elles portent des substituants sur la-chaîne polygalac- turonique,ne peuvent former des gels par les procédés connus c'est-à-dire soit en présence de saccharose en milieu acide, 2 + soit en présence de Ca 2 + Ces connaissances sont notamment résumées dans l'ouvrage "les Polymères Végétaux polymères pariétaux et alimentaires non azotés" Bernard Monties et Claude COSTES Editions Gauthier-Villars ( 1980)pp 232-251. Les pectines extraites des pulpes de betterave ne forment pas de gels convenables par les procédés précédemment rappelés; on pense que la présence de groupes acétyles, estérifiant certaines fonctions hydroxyles, jouerait un rôle; comme, en outreces polymères naturellement ont des masses moléculaires relativement faibles, ils ne peuvent être utilisés comme agents épaississants C'est pourquoi,malgré l'abondance de cette matière première-la pectine constitue à 20 % de la matière sèche des marcs de betterave,tout comme pour les marcs de pomme-aucune utilisation industrielle n'est connue actuellement Ainsile procédé selon l'inven- tion qui permet d'utiliser ces pectines après leur modifica- tion selon ce procédé,présente un grand intéret économique,puisqu'il permet la valorisation de résidus du traitement des betteraves,notamment sucrières. L'invention concerne un procédé de réticulation oxydative enzymatique des pectines de betterave qui donne des produits de masses moléculaires plus élevées, solubles dans l'eau et des gels aqueux La réticulation est réalisée en faisant réagir un système oxydantcomprenant un agent oxydant, notamment le peroxyde d'hydrogène,en présence d'une enzyme dont l'oxydant est un substrat, par exemple dans le cas de H 202,une peroxydase L'invention concerne aussi les pectines modifiées obtenues par ce procédé de réticulation,tout comme les gels aqueux formés par ce procédé,ainsi que les applications de ces pectines modifiées et de ces gels comme agents épaississants et gélifiants, notamment dans les industries alimentaires,cosmétiques ou pharmaceutiques. 3 254 2545101 Le procédé de l'invention n'a jamais été utilisé pour traiter des pectines;la Demanderesse a d'ailleurs constaté qu'il ne peut être appliqué avec succès qu'à certaines pecti- nes et que celles issues des marcs de pomme, d'agrume,de cerise,d'abricot ou de pomme de terre ne réticulent pas dans ces conditions;,mais il donne des résultats convenables avec les pectines tirées des betteraves notamment sucrières, quelle que soit leur provenance. Les pectines sont extraites des pulpes et marcs de bet- teraves selon les procédés connus en eux-mêmes et par exemple par traitement des pulpes par une solution aqueuse acide,à chaud et pendant quelques heures;par exemple par mise en con- tact des pulpes récupérées avec une solution diluée d'acide sulfurique de p H 1,5 à 2, à 80 C pendant 1 à 2 heures Lors- que ce procédé d'extraction donne des solutions de pectines de concentration souhaitée,on peut effectuer directement la réticulation dans ce milieu amené au p H souhaité;autrement les pectines sont précipitées du milieu d'extraction selon des méthodes connues en elles- mme Ps U'i%olées sous forme de poudres. Selon une mise en oeuvre préférée de l'invention,la réticulation enzymatique oxydative est réalisée-par addition à la solution aqueuse de pectine de betterave de concentra- tion choisie,0,3 à 0,6 mg de peroxydase par g de pectine et de 13/u moles à 3 K Au moles environ de peroxyde d'hydrogène par g de pectine en solution aqueuse. Les solutions diluées de peroxyde d'hydrogène étant peu stables,elles sont de préférence préparées extemporané:- ment à partir des solutions commerciales de H 202 à 30 %;les dilutions utilisées sont par exemple de 0,01 à l%(vol/vol). La peroxydase peut être d'origine animale ou végétale; on Jtilise avantageusement la peroxydase de Horse-radish, type I,vendue par SIGMA(USA);elle peut être soit dissoute dans la solution aqueuse,soit immobilisée sur un support insoluble et mise en contact avec le milieu réactionnel se- lon une manière connue en soi pour les réactions enzymati- ques Le p H des solutions aqueuses de pectine peut être compris entre environ 4 et 7;il est évidemment choisi de façon telle que l'enzyme du système oxydant ne soit pas dégradée,la limite supérieure de p H est imposée par la stabilité des pectines. Selon la concentration de la solution aqueuse en pecti- ne de betterave et la nature de celle-ci,après l'addition du système oxydant,il se forme à température ambiante en quelques minutes,soit un gel,soit une solution de viscosité accrue contenant la pectine réticulée. Selon un autre aspect de l'invention,on pourra détermi- ner préalablement à la réticulation,quelle est la concen- tration convenable de la solution de pectine de départ pour obtenir,soit une solution de viscosité accrue,soit un gel, mais en général,on a trouvé qu'avec des pectines de bette- raves de masse moléculaire viscosimétrique de 40 à 50 000 Daltons,de degré d'acétylation de 30 à 35 % et dont la teneur en résidus de sucres neutres est de 15 à 20 %,1 es solutions aqueuses de concentration en pectine inférieure à 1,5 g/100 ml ne sont pas gélifiables et que,par contre,les solutions aqueuses de concentration supérieure à 2 g/100 ml donnent des gels épais On sait que l'on ne peut, en général,pas préparer des solutions de pectine de bette- raves de départ de concentration supérieure à 4 g/l O O ml, étant donné la solubilité aqueuse limitée des pectines. Les nouvelles pectines modifiées selon l'invention peuvent être isolées des milieux aqueux o elles ont été préparées; on les précipite par addition d'un solvant à la phase aqueuse comme l'alcool,l'acétone,ou par addition de sels minéraux,on isole les précipités par filtration ou centrifugation et on les sèche à pression ordinaire ou sous vide par chauffage modéré,vers 40 C On ajoute en général au moins un volume de solvant de précipitation et de préférence environ 4 volumes L'isolement des pectines gélifiées sous forme de poudre sèche est un autre avantage de l'invention,alors que les gels de pectines de pomme ou agrume précédemment connus ne possédaient pas cette proprié- té La poudre issue des gels selon l'inventionremise en présence de la quantité convenable d'eau redonne un gel. Les poudres de pectines modifiées obtenues selon l'invention peuvent être utilisées comme agents épaissis- sants ou gélifiants; elles sont très hydrophiles et sont capables de reprendre de grandes quantités d'eau En particu- lier,on peut réaliser la préparation de produits alimentai- res contenant ces pectines,tels que des desserts lactés, comme des flans préparables à température ambiante,ou encore des desserts glacés; on a en effet montré que les gels selon l'invention sont parfaitement stables si on leur fait subir des cycles de congélation/décongélation de -20 C à la tempé- rature ambiante Une autre application avantageuse des pecti- nes selon l'invention est la préparation de pommades qui,en mélange avec divers principes actifsseront utilisées dans les domaines cosmétiques ou pharmaceutiques comme excipients. Selon une autre application de l'invention,on effec- tuera la gélification de la solution aqueuse à base de pectines de betterave en présence de ces principes actifs,ce qui aura pour résultat la formation de produits particuliè- rement homogènes ou stabilisés et pourra être appliqué par exemple pour la microencapsulation d'arômes, de composés ayant une activité pharmacologique ou autre,ou pour la détoxification de certains milieux en emprisonnant par exem- ple des métaux lourds. Dans ce qui suit,on donnera des exemples de réalisa- tion pour illustrer l'invention mais celle-ci ne saurait y être limitée. EXEMPLE 1 Préparation d'une solution de pectines modifiées: A 10 ml d'une solution aqueuse de pectinesde bettera- ve à p H 6, contenant 0,3 mg de peroxydase de Horse-radish par gramme de pectines,on ajoute 1 ml d'une solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène de telle façon que l'on ait 13/ tmo- les d'H 202 par g de pectines La réticulation est terminee après quelques minutes d'agitation à température ambiante. Ce procédé a été appliqué à des solutions de différentes con- centrations en pectineset la viscosité des solutions obte- nues mesurées Dans le tableau I figurent les résultats des essais exprimés en viscosités intrinsèques et en masses mo- léculaires,calculés selon la méthode décrite par H S OWENS, H LOTZKAR, T H SCHULTZ et W D MACLAY dans 3 Am Chem. Soc 68 1628-1632 ( 1946). TABLEAU I Concentration Viscosité intrinsèque Masse moléculaire g/100 ml (dl/g) (daltons) témoin 2,48 46 000 0,6 4,35 70 000 0,9 4,68 73 900 1,5 4,61 73 000 *solution aqueuse de pectine,sans addition du système réticulant. EXEMPLE 2 Gélification d'une solution aqueuse de pectines de betterave: On introduit dans 1 ml d'une solution-d'une pectine de betterave (de concentration 3 g/100 ml),aux environs de p H 6, 0,1 ml d' une solution aqueuse de peroxydase (de con- centration 0,1 mg/ml) et 0,1 ml d'une solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène de concentration 4,3 moles par ml; on agite mécaniquement 1 à 2 minutes jusqu'à gélification. Le gel est translucide,stable,plusieurs mois à la tempéra- ture ambiante. Dans le tableau II figurent les caractéristiques rhéologiques d'un gel préparé selon ce procédé et celles d'un gel de pectine amidée préparé selon la méthode décrite par S.A BLACK et C 3 B SMIT dans 3 Food Science 37 726-29 ( 1972) à titre de comparaison - TABLEAU II Module "apparent" Force à la Déformation de rigidité rupture cm q/cm, gel pectine amidée 15,2 11,80 0,45 gel ex 2 11,6 36,3 0,67 Les mesures ont été effectuées avec un appareil INSTRON Ces résultats montrent que le gel selon l'invention est moins "cassant" que le gel connu. est mooins "cassant" que le gel connu. EXEMPLE 3 Préparation d'une poudre de pectines modifiées: Un gel de-pectine de betterave est préparé comme dé- crit dans l'exemple 2 On y ajoute 4 volumes d'éthanol à 96 %,sous agitations la pectine précipitée est isolée par filtration,puis séchée. Le pouvoir hydrophile de cette poudre a été déterminé en mettant de la poudre en présence d'un excès d'eau, dans un récipient gradué,et en mesurant le volume du gel reformé à l'équilibre - On obtient 110 ml de gel avec lg de poudre de pectine de betterave préparée comme décrit ci-dessus. REVENDICATIONS 1.Procédé de modification des pectines de betterave, caractérisé en ce que l'on fait réagir un système oxydant comprenant au moins un agent oxydant,et une enzyme admettant cet oxydant comme substratsur les pectines isolées de betterave 2.Procédé selon la revendication lcaractérisé en ce que le système oxydant est ajouté à la solution aqueuse de pectinesuffisamment concentrée pour qu'il se produise une gélification de celle-ci. 3 Procédé selon la revendication l,caractérisé en ce que le système owdant est ajouté à une solution de pectine suffisamment diluée pour que la réticulation des chaînes de pectine soit ménagée et ne donne pas une gélification du milieu. 4 Procédé selon les revendications 2 et 3,caractérisé en ce que la pectine modifiée est isolée à l'état de poudre par addition à la solution réactionnelle d'un solvant ou un sel pour la précipiterisolement du précipité et séchage. 5.Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4,caractérisé en ce que l'agent oxydant est le peroxyde d'hydrogène et l'enzyme une peroxydase. 6.Pectines de betterave modifiées obtenues par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7.Pectines de betterave modifiées hydrosolubles obte- nues par le procédé selon les revendications 4 et 5. 8.Gels aqueux caractérisés en ce qu'ils comprennent des pectines de betterave modifiéespréparées selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 5. 9.Gels aqueux caractérisés en ce qu'ils sont préparés par mise dans l'eau des poudres de pectinesde betterave obtenues selon le procédé des revendications 2 et 4. l O.Application des pectines modifiées-selon l'une des revendications 6 ou 7 à titre d'agents épaississants notamment de produits alimentairés,cosmétiques ou pharmaceutiques. 9 2545101 ll.Application des gels selon la revendication 8 ou 9 la fabrication de produits alimentaires,cosmétiques ou pharmaceutiques. 12.Application des pectines modifiées selon la revendi- cation 8,caractérisée en ce que l'on effectue la gélifica- tion en présence de composés nutritifs,de composés ayant une activité thérapeutique ou utilisés comme cosmétiques.