Brevet FR2541867A1 — publié le 19840907

La présente invention concerne une nouvelle composition pour alimentation animale à base de lysine et son procédé depréparation. La lysine est un aminoacide essentiel pour les animaux mono- gastriques qui est utilisé en particulier dans l'alimentation animale. La lysine peut être préparée soit par voie chimique soit par voie biochimique Bien que les procédés biochimiques soient économi- quement plus intéressants que les procédés chimiques, l'extraction de la lysine s'effectue avec des rendements relativement peu élevés et nécessite des installations particulières et l'utilisation de produits coûteux. La lysine, lorsqu'elle est destinée à l'alimentation animale, est mélangée à des aliments divers, tels que des céréales, dont la composition est assez mal définie Dans ces conditions l'utilisation de lysine purifiée ne parait pas nécessaire; Il a été montré que les moûts concentrés de fermentations productrices de lysine possèdent les mêmes propriétés nutritives que la lysine purifiée La biomasse et les différents constituants du milieu de fermentation nécessaires à la production de lysine ou leur produits dérivés, n'ont aucun effet néfaste sur les animaux Cependant, ces moûtsune fois concentrés de manière à atteindre une teneur suffisante en lysine pour l'emploi considéré, sont des liquides visqueux dont le mélange avec des aliments pour animaux peut présenter des difficultés. Les moûts de fermentation totalement déshydratés conduisent à des solides pâteux, collants et très hygroscopiques, qui sont de ce fait difficilement manipulables Il a été proposé, en particulier dans le brevet SU 480 397 et dans le brevet FR 73 40738 publié sous le numéro 2 217 347, de préparer des compositions solides obtenues à partir de moûts concentrés de fermentation de lysine auxquels sont ajoutés éventuellement des produits deshydratants Ces compositions ne présentent pas toujours la qualité requise, sont souvent hygroscopiques ou bien nécessitent l'emploi d'un additif en quantité telle que la teneur en lysine dans la composition finale est trop faible. Il a été aussi proposé, en particulier dans le brevet FR 79 21646 publié sous le numéro 2 464 032, d'obtenir une composition stable, solide, facilement manipulable, ne prenant pas en masse en présence d'humidité et contenant 10 à 35 % de lysine en ajoutant à un moût concentré de fermentation productrice de lysine un additif choisi parmi la chaux en présence de gaz carbonique ou le carbonate de magnésium précipité Ces compositions ont des teneurs en lysine relativement faibles et des teneurs élevées en additif. Il a maintenant été trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, qu'à partir d'un moût concentré issu de la culture dans des conditions bien définies d'un microorganisme producteur de lysine il est possible d'obtenir industriellement et de façon repro- ductible une composition ayant une forte teneur en lysine et qui présente les caractéristiques requises pour l'utilisation dans l'alimentation animale. Les propriétés de la composition selon l'invention sont les suivantes teneur élevée en lysine qui, exprimée en lysine base, est généralement comprise entre 35 et 48 % en poids résistance à l'air humide, même dans des conditions plus défavorables que celles rencontrées habituellement dans son utilisation, sans altération notable des propriétés mécaniques, en particulier, en ce qui concerne la formation de mottes ou d'agglomérats ou l'apparition d'un phénomène de collage Ainsi>abandonné pendant 120 heures à 250 C dans une atmosphère à 90 % d'humidité relative, la reprise en eau du produit est généralement comprise entre 5 et 10 % et est équivalente à celle du chlorhydrate de lysine cristallisé Dans une atmosphère à % d'humidité relative, la reprise en eau reste généralement comprise entre 2 et 5 % - stabilité au stockage du produit tel quel La diminution de la teneur en lysine n'excède pas 5 % après un mois de conservation à 50 'C et elle est nulle après 6 mois de conservation à 250 C propriétés physiques, déterminées par les méthodes habituelles, telles que: a) coulabilité déterminée soit par le test des sabliers à orifices calibrés (le temps d'écoulement pour 50 g de produit est compris entre 40 et 45 secondes dans un sablier ayant une ouverture de 5 mm de diamètre), soit par le test de l'angle de talus qui est habituellement compris entre 30 et 35 , soit par le test de l'angle de plan incliné qui est généralement compris entre 28 et 30 . b) absence de tendance à-l'agglomération dans le test de "mottage" au compressomètre aptitude au mélangeage dans des aliments complets prépares pour l'ali- mentation des animaux L'homogénéité d'incorporation est mesurée par la dispersion des taux mesurés qui est habituellement inférieure à 5 % même lorsque les doses de supplémentation en lysine, exprimées en lysine base, sont de l'ordre de 0,05 à 0,08 Z stabilité dans les aliments complets et/ou premixes après incorporation du produit: après 2 mois de conservation à 50 C, la diminution de la teneur en lysine est généralement inférieure à 10 % et aucune diminution du titre n'est observée après 6 mois de stockage à 25 C. Généralement, une composition selon l'invention peut être définie de la manière suivante: poudre fine beige rosé à brun densité apparente comprise entre 0,4 et 0,6 composition centésimale: matière sèche 95-à 98 % lysine (exprimée en base) 35 à 48 % protéines 10 à 15 % ( 1) acides aminés libres autres que la lysine 1 à 3 % ( 2) acide lactique 0,5 à 3 % ( 3) acide isopropyl-malique 1 à 4 % ( 3) autres acides alcools 0,5 à 3 % ( 3) polysaccharides, oligosaccharides 2 à 7 % ( 4) matières grasses, huiles 1 à 4 % ( 5) eau 0,5 à 3 % MA 1867 matières minérales 3 à 5 % ( 6) phosphore total 0,3 à 0,5 % ions sulfates (exprimés en H 2504) 10 à 15 % ions ammonium 0,5 à 1,3 % ( 1) La teneur en protéines est déterminée à partir de la teneur en azote organique déterminée elle-même selon les méthodes classiques (azote total moins azote minéral) On déduit la teneur en azote correspondant à la lysine et aux-Autres acides aminés libres qui sont déterminés et dosés par chromatographie sur résine échangeuse d'ions ou par colorimétrie. ( 2) Dosage sur appareil BIOTRONIC ( 3) Dosage par chromatographie en phase gazeuse après dérivatisation ( 4) Dosage des sucres réducteurs après hydrolyse ( 5) Dosage après extraction par l'éther éthylique ( 6) Dosage des cendres sulfuriques Compte tenu des variations dans la composition des substrats carbonés utilisés dans le milieu de fermentation et des fluctuations inhérentes à tout procédé de fermentation, les-caractéristiques d'une composition selon l'invention peuvent s'écarter des valeurs données ci-dessus sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. La composition selon l'invention peut être obtenue à partir d'un moût de fermentation productrice de lysine. La lysine est produite par culture d'un microorganisme, ayant une forte productivité en lysine, appartenant, par exemple, au genre Brevibactérium ou Corynebactérium dans un milieu approprié contenant au moins -une source de carbone et une source d'azote assimilables et des sels minéraux à une température comprise entre 25 et 40 'C et à un p H compris entre 5 et 8 Habituellement les sources de carbone et d'azote sont des mélanges complexes tels que les mélasses de betterave ou de canne à sucre, les extraits de mals ou les hydrolysats de farine de soja En utilisant de tels milieux, les moûts concentrés après déshydratation ultérieure conduisent à des produits ne présentant pas les qualités requises. Il a été trouvé que, pour l'obtention du résultat recherché, il est nécessaire que les milieux de culture, milieu inoculum et milieu de production, contiennent des constituants moins complexes dont la teneur et la qualité sont facilement contrôlables Plus particulièrement, il est important d'utiliser une source de carbone qui permette d'avoir un rapport pondéral matière fermetescibles/matière sèche totale supérieur à 80 X, étant entendu que les matières fermentescibles sont les matières qui sont effectivement métabolisées pendant la fermentation même si elles ne sont pas directement assimilables par la souche productrice Parmi ces sources de carbone peuvent être citées le glucose, le saccharose, les hydrolysats d'amidon ou tout autre mélange introduisant une matière carbonée oxygénée assimilable-àun taux de pureté suffisamment élevé Les autres constituants nécessaires à la croissance du microorganisme et à la production de lysine sont introduits de préférence sous forme de matière pratiquement pures ou au moins concentrées. L'opération de fermentation doit 8 tre conduite de telle manière que la concentration des réactifs principaux dans le milieu soit maintenue à des valeurs préalablement fixées De cette manière, il est possible de contr 8 ler non seulement la formation de la lysine mais aussi la formation de sous-produits provenant du métabolisme normal de la souche productrice ou même de ses déviations possibles et qui jouent un r 8 le important dans les propriétés de la composition finale. Par ailleurs, pour obtenir la salification de la lysine au fur et à mesure de sa formation, il est particulièrement avantageux d'ajouter un acide minéral ou organique au cours de la fermentation soit en continu soit en additions successives Pour des raisons de commodité, la salification peut être réalisée en ajoutant au milieu de fermentation un sel d'ammonium, tel que le sulfate d'ammonium, en présence d'ammoniac, ou l'ammoniac en présence d'un acide tel que-l'acide sulfurique de façon à maintenir constante la teneur en ions ammonium et à contr 8 ler le p H. La durée de la fermentation est généralement comprise entre et 100 heures, la fermentation étant arrêtée lorsque la concentration en substrat carbone et en substrat azoté assimilables devient assez faible, par exemple, lorsque la concentration en sucre résiduel devient inférieure à 2 g/litre De cette manière la concentration du moût peut être entreprise sans aucune séparation préalable. La teneur en extrait sec du moût de fermentation avant la concentration est généralement comprise entre 10 et 20 % en poids. Le-moût de fermentation contenant de 10 à 20 % d'extrait sec est concentré selon les techniques habituelles dans des conditions de températures, de pression et de durée qui permettent la destruction des microorganismes vivants sans dégradation de la lysine Par exemple, la concentration peut être réalisée dans un évaporateur à couches minces chauffé par de la vapeur à 130 'C, la température du moût concentré pouvant atteindre 110-120 'C. D'une manière générale, la concentration est poursuivie jusqu'à ce que la teneur en extrait sec soit comprise entre 50 et 70 % en poids. Le concentrat ainsi obtenu est ensuite déshydraté selon les techniques habituellement utilisées pour ce type d'opération Par exemple, la déshydratation peut être réalisée par atomisation, malaxage granu- lation, séchage écaillage, déshydratation azéotropique en présence d'un solvant convenable. D'une manière générale, la déshydratation est réalisée dans des conditions telles que le produit final ne soit pas dégradé Par exemple, lorsque l'on met en oeuvre une distillation azéotropique, on mélange le moût concentré à un solvant compatible et acceptable du point de vue alimentaire puis-effectue la distillation de préférence sous pression réduite A cet effet, il est particulièrement utile d'utiliser comme solvant une huile paraffinique ayant des qualités alimentaires La distillation azéotropique étant terminée, la composition déshydratée selon l'invention se trouve en suspension dans le solvant dont elle est séparée par filtration puis séchée. Les caractéristiques de la composition selon l'invention sont déterminées en grande partie par la composition chimique du produit obtenu. Elles sont également influencées par la structure du solide obtenu au terme de l'opération de déshydratation. Il est particulièrement avantageux de conduire le procédé de préparation de manière que le produit obtenu ait un taux de cristallinité voisin de 50 % (détermination par diffraction aux rayons X), une micro- porosité voisine de 0,3 cm 3/gramme et une surface spécifique voisine de 0,5 m 2/gramme. Compte tenu du milieu de fermentation utilisé et de l'acide ajouté en cours de-fermentation, la lysine se trouve dans le produit final sous forme d'un sel, et, de préférence, sous forme de sulfate. Quel que soit le procédé de déshydratation utilisé, le produit obtenu est directement utilisable pour l'incorporation dans l'alimentation des animaux. Le produit obtenu selon le procédé de la présente invention se caractérise par une excellente stabilité Après six mois de stockage à une température voisine de 250 C, la teneur en lysine du produit fini ne varie pas. Le produit selon l'invention est particulièrement utile dans l'alimentation animale Etant solide et ne prenant pas en masse en présence d'humidité, il se mélange parfaitement aux aliments-distribués aux animaux Du fait de la stabilité du produit obtenu, les-aliments complets peuvent être préparés longtemps avant leur emploi. Les compositions alimentaires contenant le produit selon l'invention manifestent, tant sur le poulet que sur le porc, une effica- cité équivalente à celle du chlorhydrate de lysine purifié. L'exemple suivant, donné à titre non limitatif, montre comment l'invention peut être mise en pratique. EXEMPLE Dans un fermenteur de 20 litres muni d'un système d'agitation et d'aération, -on place: eau 3 litres extrait de mals 250 g Le milieu est stérilisé par barbotage de vapeur à 120 'C pendant minutes Après refroidissement à 350 C, le volume est ajusté à 5 litres par addition d'eau stérile. On prépare alors; sous forme de solutions stériles: 8 litres d'une solution de glucose à 650 g/l 1 litre d'une solution de sulfate d'ammonium à 500 g/1 2 litres d'une solution d'ammoniaque à 15 % (p/v) 0, 15 litre d'une solution de phosphate de leucine contenant g de leucine 0, 1 litre d'huile de soja Le p H est ajusté à 7,30 par addition d'ammoniaque stérile. Le fermenteur est ensemencé par 500 cm 3 d'une culture Inoculum réalisée dans un ballon de 2 litres en utilisant un milieu de culture analogue' à celui décrit ci-dessus. L'agitation est réglée à 500 tours/minute et l'aération à 600 litres/heure. Le milieu de fermentation est alimenté par la solution de glucose de façon à avoir une teneur en glucose comprise entre 5 et 15 g/l; par la solution d'ammoniaque pour maintenir le p H à 7,30 et par la solution de sulfate d'ammonium de façon à avoir une concentration en ions ammonium comprise entre 1 et 5 g/l. Le milieu de fermentation est alimenté par la solution de phosphate de leucine à raison de 3 cm 3/heure et de façon intermittente en huile de soja afin de contr 8 ler les mousses. Après 50 heures de culture à 35 C, on récolte environ 12 litres d'un milieu contenant 70 g/litre de lysine exprimée en base lysine et 15 % en poids d'extrait sec. Le moût contenant 15 % d'extrait sec est concentré sous pression réduite dans un évaporateur à couches minces chauffé par de la vapeur à 130 C. C La température du milieu est maintenue au voisinage de 90 C La concentration est poursuivie jusqu'à l'obtention d'un concentrat contenant % en poids d'extrait sec. Dans un ballon muni d'une agitation et contenant 2 litres d'une huile paraffinique dont le point d' ébullition est supérieur à 160 C, on ajoute le concentrat à 60 % d'extrait sec puis distille sous pression réduite ( 4 à 13,3 k Pa) en séparant l'eau du condensat. * On obtient finalement une suspension d'une poudre dans l'huile à une température voisine de 100 C. La poudre est séparée par filtration puis séchée dans une étuve On obtient ainsi 245 g de produit ayant les caractéristiques suivantes: poudre fine beige rosé à brun plus foncé densité apparente 0,52 teneur en lysine (sous forme de base) 44 % composition centesimale matières sèches environ 97 % protéines 13 % huile, matières grasses 1,2 % matières minérales 3,8 % phosphore total 0,35 % acides aminés totaux (en dehors de la lysine) 2,5 % ions sulfates (exprimé en H 2504) 14,5 % eau 1,2 % R E V E N D I C A T I O N S 1 Composition pour alimentation animale caractérisée en ce qu'elle contient entre 35 et 48 % de lysine base, qu'elle est solide, stable et non hygroscopique et qu'elle est botenue à partir d'un moût de fermentation productrice de lysine. 2 Composition selon la revendication 1 caractérisée aen ce qu'elle se présente sous forme d'un solide qui présente les propriétés suivantes sa teneur en lysine base est comprise entre 35 et 48 % sa reprise en eau en atmosphère à 90 % d'humidité relative pendant 120 heures à 250 C est inférieure à 10 % sa stabilité est caractérisée par une diminution du titre en lysine qui n'excède pas 5 % après 1 mois de conservation à 50 'C et qui est nulle après 6 mois à 250 C sa coulabilité exprimée par un temps d'écoulement de 50 g de produit compris entre 40 et 45 secondes dans un sablier ayant une ouverture de 5 mm de diamètre, par un angle de talus compris entre 30 et 350 ou par un angle de plan incliné compris entre 28 et 30 son absence de tendance à l'agglomération son aptitude au mélangeage avec les aliments complets pour animaux exprimée par une dispersion des taux mesurés en lysine inférieure à 5 % sa stabilité dans les aliments pour animaux caractérisée par une absence de diminution du titre en lysine après 6 mois de stockage à 250 C. 3 Composition selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce qu'elle présente un taux de cristallinité voisin de 50 %, une microporosité voisine de 0,3 cm 3/gramme et une surface spécifique voisine de 0,5 m 2/gramme. 4 Compositions selon l'une des revendications 1,2 ou 3 caractérisée en ce que-la lysine est sous forme d'un sel minéral ou organique. Composition selon la revendication 4 caractérisée est sous forme de sulfate. 6 Composition selon la revendication 5 caractérisée sition centésimale est voisine de: matières sèches lysine protéines acides aminés (autres que lysine) acide lactique acide isopropyl-malique autres acides alcools polysaccharides, oligosaccharides matières grasses, huiles eau matières minérales phosphore total ions sulfates (exprimés en H 2504) ions ammonium en ce que la lysine en ce que sa compo- à 98 % à 48 % à 15 % 1 à 3 % 0,5 à 3 % 1 à 4 % 0,5 à 3 % 2 à 7 % 1 à 4 % 0,5 à 3 % 3 à 5 % 0,3 à 0,5 % à 15 % 0,5 à 1,3 % 7 Procédé de préparation d'une composition selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que l'on concentre un moût de fermentation de lysine contenant 10 à 20 % en poids d'extrait sec jusqu'à une teneur en extrait sec comprise entre 50 à 70 % puis déshydrate le concentrat ainsi obtenu et isole la composition. 8 Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que le moût de fermentation productrice de lysine est obtenu par culture d'un micro- organisme producteur de lysine dans un milieu contenant au moins une source de carbone qui permette d'avoir un rapport pondéral matières fermentescibles/matière sèches-totale supérieur à 80 % et au moins une source d'azote assimilable. 9 Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que la lysine est salifiée au fur et à mesure de sa formation.