Brevet FR2548214A1 — publié le 19850104

La présente invention concerne un procédé de traitement de la biomasse grâce auquel la biomasse de différents organismes terrestres et maritimes peut être utilisée d'une façon complexe comme source hydrolysat protéique, de lipides et de substances à action physiologique. On connaît déjà des procédés thermiques et d'extraction pour le traitement de la biomasse dont le but est de séparer les corps gras présents dans cette biomasse ( 1) Les procédés thermiques, lesquels se regroupent en procédés "humides" et "secs" suivant le processus d'échauffement de la biomasse initiale, mettent à profit le point de fusion relative10 ment bas des graisses qui se séparent à l'état fondu de la fraction restante qui porte le nom de "farine nutritive pour les animaux"( 1). Les inconvénients des méthodes thermiques sont les suivants: taux d'extraction insuffisant des graisses, il subsiste dans les farines 12 à 18 % de graisses non extraites, ce qui impose un traitement supplémen15 taire; nécessité de températures élevées pour la réalisation du processus, de telles conditions favorisant l'hydrolyse et la destruction thermique des lipides et des autres constituants; consommation importante d'énergie. On connaît également des méthodes de traitement de la biomasse de poissons d'une qualité inférieure ainsi que de la biomasse de moules, 20 que l'on soumet directement à un traitement thermique afin d'obtenir des farines de poissons et de moules ( 2, 3) Ces farines ont une odeur et une saveur particulières et désagréables Malgré leur haute valeur nutritive, leur utilisation comme nourriture animale est restreinte et exige un dosage spécial car la valeur gustative de la viande des animaux domestiques 25 nourris avec ces nourritures est inférieure. Les méthodes d'extraction permettant une séparation plus complète des lipides en comparaison avec les méthodes thermiques ( 1) Les lipides extraits à partir des organismes maritimes non industriels sont traités de façon à obtenir des produits de substitution des huiles de poisson, 30 des farines et des substances à activité physiologique ( 2) Ces méthodes sont utilisées au cours de toutes les recherches concernant la composition stérolytique des organismes maritimes, ainsi que lors de l'extraction à partir de ces organismes des substances à activité physiologique ( 4). Les inconvénients des méthodes d'extraction sont les suivants: 35 utilisation de grandes quantités de solvants organiques pour l'extraction sans arriver à un taux complet d'extraction 2 % de lipides non extraits; créaction de conditions favorables à la formation d'émulsions et de suspensions stables fait qui complique davantage la séparation des lipides du reste de la biomasse; les quantités importantes de solvants utilisés sont inflammables et préjudiciables à la santé. On connait par ailleurs l'utilisation de l'hydrolyse acide ( 1) et enzymatique ( 5, 6) de la biomasse protéinique en vue de l'obtention d'une culture semi- synthétique pour la culture des cellules ( 5), ainsi que pour l'obtention d'hydrolysats protéiniques destinés à la nutrition des 10 animaux domestiques ( 1, 6). L'inconvénient fondamental de cette méthode réside dans le fait que les hydrolysats protéiniques sont obtenus sous une forme de mélanges totaux contenant des lipides, des acides nucléoniques et ainsi de suite. En outre, lors de l'hydrolyse acide apparaît comme une complication supplé15 mentaire la destruction de certains des aminoacides, ce qui mène à une dégradation de la valeur nutritive des hydrolysats obtenus Dans certains des composants lipidiques apparaissent des modifications chimiques. On connait l'application des membranes semi-perméables pour la séparation de différents corps de leurs solutions en se basant uniquement 20 sur la différence de leur poids moléculaires ( 7). Le but de la présente invention est de fournir un procédé concernant le traitement de labiomasse grâce auquel on peut obtenir et séparer à l'état natif tous les aminoacides sous la forme d'un hydrolysat protéique d'une pureté élevée et les lipides totaux avec un taux de séparation 25 élevé. Ce but est atteint par un procédé qui consiste à soumettre la biomasse brute à une hydrolyse au moyen d'une enzyme protéolytique utilisée à raison de 10 à 15 PE par millilitre, notamment à une température de 20 à C pendant une durée de 30 à 90 minutes Tout d'abord on sépare de la masse totale les parties solides non dissoutes coquillages, os, écailles etc,_au moyen d'une filtration grossière, puis du filtrat obtenu, on sépare la partie lipophilique de la partie hydrophilique par filtration sur membrane. Les lipides bruts obtenus après la séparation sur membrane constituent une matière première de valeur pour les industries alimentaire et pharmaceuti35 que, tandis que la partie hydrophilique constitue une solution enrichie en oligopeptides et en aminoacides à l'état libre. La séparation sur membrane des composants lipophiliques et hydrophiliques est possible grâce à leur comportement différent envers la membrane semiperméable, les phospholipides fortement polaires ne traver5 sant pas la membrane utilisée Tous les composants non protéiques conservent leur état natif et les protéines sont obtenues sous la forme de produits renfermant tous les aminoacides à l'état natif. Les avantages du procédé proposé pour le traitement de la biomasse selon l'invention en comparaison avec les méthodes connues sont les 10 suivants: toutes les opérations se déroulent dans des conditions d'opération extrêmement douces, ce qui permet la conservation maximale de la structure chimique et de la constitution de tous les corps non protéiques; on évite totalement l'usage de solvants organiques pour l'extraction des lipides en améliorant les conditions et la sécurité de travail; les protéines 15 en présence sont extraites quantitativement de la masse totale sous la forme d'un hydrolysat protéinique qui constitue un aliment de haute valeur et d'une digestibilité parfaite pouvant être utilisé avec succès comme supplément dans l'industrie alimentaire et la pâtisserie ou directement comme aliment diététique pour les malades ayant des troubles de la digestion. 20 La présente invention est illustrée par les exemples donnés ci-après: Exemple 1 Traitement de la biomasse provenant de poissons de l'espèce 25 Trizona. On ajoute à 10 kg de poissons de l'espèce Trizona, 2 1 d'eau et 2,5 ml d'une solution stabilisée de subtilisine DI (protéase alcaline) d'une activité de 50000 PE / ml Le mélange est agité au moyen d'un agitateur mécanique pendant 45 min à une température de 50 C Pour éliminer les 30 arêtes, on filtre l'hydrolysat enzymatique Ensuite on soumet le filtrat à une ultrafiltration à travers une membrane semi-perméable qui laisse passer les protéines hydrolysées et les autres substances solubles dans l'eau de poids moléculaire inférieur Après lyophilisation de l'ultrafiltrat, on obtient un hydrolysat d'une couleur jaune pâle ayant une masse de 700 g Dans ces conditions,les lipides ne traversent pas la membrane et 35 on les sépare sous la forme d'un hydrolysat lipidique brut d'une masse de 140 g. Exemple 2 Traitement de la biomasse provenant de moules noires. 30 kg de moules noires, placées dans un récipient approprié sont trempées dans 15 1 d'eau et 12 ml d'une solution stabilisée de protéase alcaline (subtilisine DI) d'une activité de 50000 PE/ml-: On maintient une circulation permanente dans le récipient pendant 1 heure à une température de 45 C L'hydrolysat enzymatique obtenu est séparé des écailles par 10 égouttage à travers le fond du récipient On procède ensuite l'ultrafiltration à travers une membrane semi-perméable hydrophile, qui laisse passer les protéines hydrolysées et les autres substances solubles dans l'eau de poids moléculaire inférieur Après concentration et lyophilisation de l'ultrafiltrat, on obtient un hydrolysat sec protéinique faiblement teinté ayant une masse de 2350 g Dans ces conditions, les lipides ne traversent pas la membrane et on les recueille comme un concentrat lipidique brut d'une masse de 397 g, fortement coloré à cause de la teneur élevée en carotène. Exemple 3 Traitement d'autres espèces de biomasse. D'une manière analogue à celle des exemples 1 et 2, on obtient des hydrolysats protéiques et des lipides totaux à partir de microalgues d'eau douce et d'eau de mer, de déchets de l'industrie du poisson, de sousproduits de l'industrie laitière, comme par exemple le lait écrémé, le babeurre, le petit lait, etc L'utilisation d'une membrane semi- perméable lyophile permet le passage des lipides que l'on recueille comme un ultrafiltrat. Exemple 4 Obtention d'un hydrolysat protéique à partir de déchets de viande 30 et de brans de viande. On ajoute à 5 kg de déchets de viande ou de brans de viande (viande bouillie et pressée) 10 1 d'eau et 40 ml de protéase alcaline d'une activité de 25000 PE/g (c'est-à-dire 700 PE par gramme de substance sèche dans le produit initial) On élève la température jusqu'à 40 70 C, 35 de préférence à 58 C tout en agitant Le p H de la solution est maintenu à une valeur de 7,5 à 9,5 au moyen d'une solution de Na OH Après environ 2 heures, on ajoute une nouvelle portion de 15 ml de protéase alcaline d'une activité de 25000 PE/g et on laisse se poursuivre l'hydrolyse encore 1,5 heure La suspension homogène,obtenue est centrifugée à 3000 10000 g 5 au moyen d'une centrifuge à action périodique ou bien d'un séparateur et le liquide jaunâtre obtenu est soumis à une ultra- filtration à travers une membrane hydrophile, qui laisse passer les molécules d'un poids moléculaire de 10000 200000 On obtient un liquide limpide d'une couleur jaune pâle. Parmi les dispositifs d'ultrafiltration expérimentés en l'occurence, on a constaté que les systèmes du type à spiral se sont avérés les plus efficaces. On concentre l'ultrafiltrat à l'aide de l'ultrafiltration, de l'osmose inverse ou bien à l'aide de dispositifs rotatifs sous vide On emballe le produit et on le soumet à une stérilisation, ou bien on le sèche au moyen d'un sécheur à pulvérisation ou dans un lyophilisateur. Le rendement par rapport aux substances sèches initiales est de à 50 % L'analyse des aminoacides après l'hydrolyse acide pendant heures à une température de 105 o C dans une solution 6 M HCL a donné comme résultat les pourcentages suivants des aminoacides libérés, exprimés en micromoles: Lys 7,8 %, His 2,4 %, Arg 4,7 %, Asp 9,8 %,Thr 5,6 %, 20 Ser 5,7 %, Glu 15,2 %, Pro 4,8 %, Gly 8,6 %, Ala 9,7 %, Cys traces, Val 4,5 %, Met 2,6 %, Ile 3,5 %, Leu 9,8 %, Tyr 2,4 %, Phe 2,9 % L'écart moyen du pourcentage des aminoacides pris séparément est de 2 %. Exemple 5 Obtention d'un hydrolysat à partir de sang d'abattoir. On ajoute à 5 1 de sang d'abattoir, 5 1 de l'eau potable et 27 ml de protéase alcaline d'une activité de 25000 PE/g (soit 700 PE de protéase alcaline par gramme de matière sèche du sang) Si au moment du traitement 30 enzymatique le sang s'est coagulé, il faut le battre à l'aide d'un agitateur à grande vitesse La température du mélange est maintenue à 40 700 C, de préférence à 58 o C Après une agitation pendant une durée de 3 heures, on observe souvent la présence d'agrégats fibrineux On ajoute alors au mélange 11 ml supplémentaire de la solution de la protéase alcaline d'une activité 35 de 25000 PE/g Après 3 heures de traitement supplémentaire à une température de 58 C, on obtient un liquide trouble de couleur brun foncé Il est préférable de maintenir le p H du mélange pendant l'hydrolyse à une valeur de 7,5 9,5 On centrifuge le liquide à 3000 10000 g ou bien on utilise un séparateur et on obtient un précipité d'une couleur rouge foncée, d'un volume égale environ à 1/16 du volume de la suspension de départ Le surnageant relativement trouble est soumis à une ultrafiltration à travers une membrane hydrophile qui laisse passer les molécules d'un poids moléculaire de 10000 200000 On obtient un liquide d'une couleur jaune pâle Parmi les dispositifs d'ultrafiltration expérimentés en l'occurence on a constaté 10 que les systèmes du type à spiral se sont avérés les plus efficaces On concentre l'ultrafiltrat à l'aide de l'ultrafiltration, de l'osmose inverse ou bien à l'aide de dispositifs rotatifs sous vide On emballe le produit et on le soumet à une stérilisation, ou bien on le sèche au moyen d'un sécheur à pulvérisation ou dans un lyophilisateur. Le rendement par rapport à la matière sèche initiale dans le sang est de 25 40 %. L'analyse des aminoacides après l'hydrolyse acide pendant heures à une température de 105 C dans une solution 6 M HCL a donné comme résultat les pourcentages molaires suivants des aminoacides libérés: Lys 20 7,8 %, His 5,1 %, Arg 2,5 %, Asp 8,9 %, Thr 5,9 %, Ser 7,3 %, Glu 8,2 %, Pro 2,6 %, Gly 7,9 %, Ala 15,4 %,Val 7,7 %, Met 1,8 %, Ile 0,6 %, Leu 10,6 %, Tyr 2,4 %, Phe 5,1 % L'écart moyen du pourcentage des aminoacides pris séparément est de 1,5 % A partir des quantités trouvées pour les aminoacides, on a trouvé que la valeur en aminoacides 25 pour le produit final étudié était de 74,16 % En tenant compte de la perte totale de cystéine et de tryptophane, de la perte partielle de sérine, de méthionine et de tyrosine, ainsi que de l'hydrolyse incomplète des peptides contenant leucine valineisoleucine dans les conditions indiquées, on a trouvé que la teneur en aminoacides dans le produit final était de 92 95 %. 30 L'analyse par chromatographie sur gel du produit final effectuée sur Sephadex G-25 a montré qu'il est constitué d'aminoacides à l'état libre et de peptides d'un poids moléculaire de 1000 à 4000 daltons. Il est à noter que les références ( 1) à ( 7) aparaisant dans le texte cidessus, visent respectivement les articles scientifiques définis 35 ciaprès: ( 1) Liberman S, V Petrovsky Spravotchnoe rukovodstvo po proisvodstvu tehnitcheskih fabrikatov na niassokombinatah ", Pistchepromisdat, Moskva, str 92 260 ( 1961). ( 2) Sakandelidze O, G Kipiani (redactori) "Biologitcheskih aktivnie vechtestva guidrobintov noviy istotchnik lekarstv", Shtlinza, Kichinev, str 116 124 ( 1979). ( 3) Abadjieva V, -sp "Priroda i znanie", kn 1, str 12 ( 1970). ( 5) Avt Svidetestvo na NRB, reg N 41541/1978. ( 6) Avt Svidetelstvo na NRB reg NO 46878/1980. 10 ( 7) Hvang S, K Kamermayer "Membranie prozesi razdelenia", "Himia" Moskva ( 1981). REVENDICATIONS 1 Procédé de traitement de la biomasse, caractérisé en ce qu'il consiste à hydrolyser la biomasse brute au moyen d'une enzyme protéolytique, à séparer de l'hydrolysat total les parties solides inso5 lubles au moyen d'une filtration grossière, puis à soumettre l'hydrolysat enzymatique filtré à une séparation sur unemembrane semi-perméable. 2 Procédé selon larevendication 1, caractérisé en ce que l'enzyme protéolytique est utilisée à raison de 10 à 15 PE par millilitre de biomasse. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'hydrolyse est réalisée à une température de 20 70 C pendant une durée de 30 90 minutes.