Brevet FR2596391A1 — publié le 19871002

La présente invention a pour objet un nouveau procédé industriel d'hydrolyse de protéines pour l'extraction d'acides aminés. Il est déjà connu d'extraire les acides aminés 5 contenus dans des protéines par hydrolyse de ces dernières avec des acides minéraux forts. Pour assurer la rupture des liaisons peptidiques des protéines et la formation des acides aminés correspondants avec un bon rendement, il est nécessaire 10 que cet acide ait un pKA inférieur ou égal à - 2. Mais cet acide fort ne doit pas provoquer la dégradation des acides aminés formés au cours de la réaction d'hydrolyse et dont certains sont instables en milieu acide concentré et l'excès de cet acide doit être 15 facile à éliminer du mélange réactionnel après hydrolyse. Des essais concluants à cet égard ont été obtenus en laboratoire avec des solutions aqueuses d'acide chlorydrique, dont le pKA est de -7, à une concentration d'environ 6N et à une température égale ou supérieure à 20 100-C. Mais l'extension de ces essais à l'échelle industrielle pose des problèmes difficiles car l'acide chlorhydrique s'il est facile à éliminer par distillation, donne lieu aux températures auxquelles a lieu l'hydrolyse, 25 à des émissions de vapeurs acides qui nécessitent d'opérer en vase clos et d'effectuer l'hydrolyse des protéines par lots complets. Or la faible densité apparente de certaines sources de ces protéines, comme les soies de porc qui ont 30 une densité apparente de 0,2. ne permet pas de charger dans le réacteur d'hydrolyse un volume important de ces protéines sans un accroissement démesuré du volume de ce réacteur. De plus l'acide chlorhydrique est extremement 35 corrosif et nécessite l'emploi de réacteurs vitrifiés particulièrement coûteux. Le procédé selon la présente invention permet de surmonter ces inconvenients en faisant appel non pas a un monoacide. mais à un diacide, l'acide sulfurique. dont seule la première acidité de pKA égale à -7,5 est 5 suffisamment forte pour intervenir dans l'ouverture des liaisons peptidiques. et dans des conditions d'hydrolyse bien déterminées. L'emploi de l'acide sulfurique pour l'hydrolyse des protéines est surprenant car sa seconde acidité 10 n'intervint pas dans la réaction d'hydrolyse et risquait i priori de nuire à la stabilité des acides aminés en cours de formation. Il en est d'autant plus ainsi que cet acide est à utiliser dans le cadre du procédé selon la présente 15 invention à une concentration qui doit être maintenue tout au long de la réaction d'hydrolyse à une teneur minimale de 12N pour que la dissolution des protéines puisse s'effectuer et que l'hydrolyse ait lieu avec un bon rendement. Il convient de noter que cette concentration minimale de ce diacide est le double de celle qui était utilisée pour l'acide chlorhydrique. L'utilisation de l'acide sulfurique selon la présente invention a des conséquences importantes tant sur 25 le plan économique que sur le plan pratique. Tout d'abord, l'hydrolyse en milieu sulfurique peut se faire dans des cuves comportant un revêtement de protection simple. solution beaucoup moins onéreuse que les revêtements vitrifiés indispensables si l'hydrolyse 30 avait lieu en milieu chlorhydrique. Ensuite, la température d'ébullition d'un mélange sulfurique contenant les protéines à hydrolyser en cours de dissolution n'intervenant qu'à 12D'C, l'hydrolyse peut être conduite facilement à la température minimale de 35 100'C nécessaire pour obtenir un bon rendement, sans émission de vapeurs acides, ce qui n'est pas le cas de l'acide chlorhydrique. Enfin et surtout, étant donné qu'on peut effectuer la réaction d'hydrolyse sulfurique à l'air libre, il va être possible d'introduire progressivement dans la cuve le volume des protéines à hydrolyser et 5 d introduire également progressivement la quantité d'acide sulfurique qui va être consommée au cours de la réaction d hydrolyse. Une telle manière d'opérer, par addition progressive des protéines et de l'acide dans le milieu 10 réactionnel, soit en continu soit par apports successifs, permet de maintenir dans une fourchette étroite la concentration en acide sulfurique pendant toute la durée de l'hydrolyse, ce qui améliore le rendement en acides aminés. Le procédé faisant l'objet de la présente invention consiste à charger préalablement dans une cuve une solution aqueuse d'acide sulfurique de concentration au moins égale à 12N, à chauffer la solution à une température d'au moins 100'C, à ajouter simultanément les 20 protéines et une quantité complémentaire d'acide sulfurique correspondant à celle nécessaire à la neutralisation des fonctions amines des acides aminés provenant de l'hydrolyse des protéines, à poursuivre la réaction d'hydrolyse en maintenant la concentration en 25 acide sulfurique à au moins 12N et la température à au moins 100'C, à arrêter l'hydrolyse par addition d'eau pour abaisser la température et réduire la concentration en acide sulfurique à une valeur au plus égal à 6N et à éliminer l'excès d'acide sulfurique. Grâce à l'emploi de l'acide sulfurique, il n'est plus indispensable de travailler en vase clos et d'introduire dans la cuve dès le début de la réaction la totalité des matières premières nécessaires à l'hydrolyse des protéines. Au contraire, on n'introduit au départ dans la cuve d'hydrolyse qu'une partie, de l'ordre de 40 à 60. en poids, de la totalité de l'acide sulfurique utilisée dans la réaction. Et. après mise à la température voulue, on introduit ensuite dans la cuve les protéines à hydrolyser et la quantité complémentaire d'acide sulfurique correspondant à la neutralisation des fonctions amines, de préférence de manière simultanée, les débits étant ajustés d'une part par réglage des volumes absolus de protéines et 10 d'acide sulfurique complémentaire ajoutés dans la cuve pour assurer une température aussi constante que possible et d'autre part par réglage des volumes relatifs de ces deux ingrédients ainsi ajoutés pour maintenir la concentration en acide sulfurique sensiblement au niveau 15 de départ. Cette introduction différée dans le temps des matières premières nécessaires à l'hydrolyse, qui n'aurait pas été possible en milieu chlorhydrique, constitue une caractéristique importante du procédé selon l'invention. Elle permet tout d'abord de maintenir beaucoup plus constante l'acidité tout au long de la réaction d'hydrolyse, la concentration en acide pouvant être maintenue entre 12N et 14N pour éviter toute dégradation des acides aminés, alors qu'avec un chargement initial de 25 toute la matière première il faudrait partir d'un mélange dont la concentration en acide serait de 20N à 25N. Elle permet également d'introduire dans une cuve de volume donné un volume beaucoup plus important de protéines à hydrolyser puisque ces dernières sont 30 dissoutes au fur et à mesure de leur introduction. Il y a donc simultanément dissolution des protéines, hydrolyse de leurs liaisons peptidiques et neutralisation des acides aminés, ces différentes réactions s'effectuant avec leur propre cinétique, qui 35 diffère selon chacun des acides aminés concernés. Les protéines utilisées comme matières premières pour le procédé selon l'invention peuvent être d'origine animale ou végétale comme la kératine des cheveux, les poils ou les plumes des animaux, la soie de porc en 5 provenance des abattoirs étant la source de protéine préférée. Pour obtenir un bon rendement, meme avec des quantités importantes de protéines, on maintient le mélange réactionnel sous agitation à une température de 10 préférence de 105'C pendant une durée suffisante pour permettre la dissolution et l'hydrolyse des protéines dans le bain d'acide sulfurique. Lorsque l'hydrolyse est pratiquement terminée, on arrête le processus d'hydrolyse par adjonction d'eau 15 pour abaisser la température vers 60 C environ et réduire la concentration en acide sulfurique de 12N à une valeur au plus égale à 6N. On évite ainsi des réactions secondaires entraînant la dégradation des acides aminés et des pertes de rendement. La dernière étape du procédé consiste à éliminer les ions sulfuriques excédentaires et les diverses substances organiques, colorants et corps gras afin d'obtenir un hydrolysat convenant pour l'isolement et la purification des acides aminés dissous qu'il contient. Dans un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, on précipite les ions sulfuriques sous forme de sulfate de calcium par addition de chaux éteinte pour limiter l'exothermie et éviter des dégagements de gaz carbonique. Elle a lieu de préférence à un pH compris 30 entre 1 et 2 dans un réacteur à double enveloppe refroidi. Cette précipitation s'effectue sous agitation en un temps relativement court de l'ordre de 2 à 4 heures pour éviter que les grains de chaux ne soient totalement transformés en sulfate de calcium, la cristallisation du sulfate de 35 calcium sur des grains de chaux permettant d augmenter la granulométrie du précipité et de faciliter sa séparation ultérieure. Au cours de cette précipitation. les acides gras sont entrainés par adsorption sur les sulfates. La séparation du précipité de sulfate de calcium s effectue par décantation ou filtration. L'invention va maintenant etre illustrée à l'aide d'un exemple de réalisation industrielle. On charge dans une cuve de 50m en acier ordinaire revêtue intérieurement d'hypalon (marque de fabrique), 8,5 mètres cubes d'eau. On chauffe à la vapeur 10 vive jusqu'à une température comprise entre 90'C et 100'C, ce qui amène une quantité supplémentaire d'eau de l'ordre 3 3 de 2,1 m et on verse rapidement sous agitation 5,7 m d'acide sulfurique à 92 Z ayant une densité de 1,83, ce qui fait monter la température à 105-110'C. On verse alors dans la cuve 15 tonnes de soie de porc à la cadence d'environ 2,250 tonnes à l'heure en coulant simultanément 1 mètre cube à l'heure supplémentaire d'acide sulfurique à 92 Z. Après avoir maintenu la température entre 105 et 20 110*C et avoir continué l'agitation pendant 4 heures après la fin de l'introduction des 15 tonnes de soies et des 6,67 mètres cubes d'acide, on arrête l'hydrolyse en ajoutant dans la cuve 20 à 25 m d'eau, tout en poursuivant l'agitation. On effectue ensuite la neutralisation en coulant dans un réacteur des fractions de 5 m chacune, du jus d'hydrolyse, auxquelles on ajoute 2 m d'eau et qu'on saupoudre lentement avec 1300 kg de chaux éteinte. On agite pendant 2 heures chacune de ces 30 fractions du jus d'hydrolyse en évitant la formation de mousse, en maintenant la température à moins de 50'C et en vérifiant que le pH atteint une valeur comprise entre 1,5 et 2 et enfin on coule dans un bassin de décantation. L'opération de neutralisation est répétée 10 35 fois pour vider complètement la cuve d'hydrolyse, ce qui correspond à une consommation de 13.000 kg de chaux éteinte pour environ 50 m de jus d'hydrolyse. Après coulée dans le bassin de décantation, une mousse plus ou moins importante et stable peut surnager. Il convient alors d'arroser la surface du bassin avec un jet d'eau pulvérisée pour briser la mousse. On laisse décanter une nuit entière et on récupère le jus d'hydrolyse limpide qui contient, en moyenne, après hydrolyse de 13 tonnes de soie de porc, 12500 kilogs d'acides aminés totaux, dont en particulier: 750 kilogs d'acide aspartique 10 650 de thréonine 1350 de sérine 1900 " d'acide glutamique 900 " de proline 650 de glycine 600 " d'alanine 800 de valine 1150 de cystine " de méthionine 550 " d'isoleucine 20 1100 de leucine 400 de tyrosine 450 " de phénylalanine 650 de lysine 250 " d'histidine 25 et 1200 d'arginine L'exemple ci-dessus et les considérations qui précèdent ne sauraient limiter la portée de la présente invention qui concerne tout procédé industriel d'hydrolyse 30 des protéines pour l'extraction des acides aminés mettant en oeuvre une ou plusieurs des revendications suivantes. R EVENDICATIONS 1. Procédé de préparation industrielle d'acides aminées par hydrolyse de protéines en milieu acide caractérisé en ce qu'il consiste à charger préalablement 5 dans une cuve une solution d'acide sulfurique de concentration au moins égale à 12N, à chauffer la solution à une température d'au moins 100, à ajouter simultanément les protéines et une quantité complémentaire d'acide sulfurique correspondant à celle nécessaire à la 10 neutralisation des fonctions amines des acides aminés provenant de l'hydrolyse des protéines, à poursuivre la réaction d'hydrolyse en maintenant la concentration en acide sulfurique au moins à 12N et la température à au moins 100'C, à arrêter l'hydrolyse par addition d'eau pour 15 abaisser la température et réduire la concentration d'acide sulfurique à une valeur au plus égale à 6N et à éliminer l'excédent d'acide sulfurique. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les protéines sont d'origine animale ou végétale 20 et sont en particulier de la soie de porc. 3. Procéde selon l'une quelconque des revendications I ou 2 caractérisé en ce que la proportion d'acide chargée au préalable dans la cuve avant l'introduction des protéines est de 40 à 60 Z en poids par 25 rapport à la quantité totale d'acide sulfurique utilisée dans la réaction d'hydrolyse. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on élimine l'excédent d'acide sulfurique aprés l'hydrolyse par 30 addition de chaux éteinte et décantation du précipité de sulfate de calcium. 5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'addition de chaux éteinte s'effectue sous agitation à une température ne dépassant pas 50'C jusqu'à 35 obtention d'un pH compris entre 1 et 2.