Brevet FR2588568A1 — publié le 19870417

Procédé de crécaration de fructose Dauvre en glucose. Les besoins de l'organisme humain en glucides sont couverts par la consommation d'aLiments contenant des amidons (riz, mais, pomme de terre etc.). Le 'sucre (saccharose) est consommé plus par goût que par besoin, au détriment du poids corporel pour les gros consommateurs. Un revirement diététique a amené à remplacer le saccharose par des édulcorants de synthèse. Une non-métabolisation alliée à un très fort pouvoir sucrant explique l'empLoi de la saccharine, des cyclamates et de l'aspartam dans beaucoup de boissons sucrées et d'entremets. Les réserves émises par le corps médical ont certainement joué un rôLe dans les remplacements des édulcorants synthétiques par le fructose, sucre naturel (miel, fruits etc.). On connaît les avantages du fructose : faible vitesse d'absorption, métabolisation indépendante de l'insuline, pouvoir sucrant égal à 1,5 fois celui du saccharose. L'autre sucre naturel utilisé est le glucose mais son absorption intestinaLe est quasi instantanée, sa métabolisation est gouvernée par l'insuline et son pouvoir sucrant n'est que 0,6 fois celui du saccharose. Ainsi, on peut remplacer 1 g de glucose par 0,4 g de fructose pour le meme effet sucrant en divisant par 2,5 l'apport calorique. Partant du sucre fabriqué en très grande quantité, le saccharose, la plupart des voies connues amènent à un mélange glucose-fructose ; il est donc particulièrement intéressant de séparer ces sucres pour obtenir un fructose contenant peu de glucose. Un procédé connu depuis longtemps faisait appel au bisulfite de sodium (extraction de la combinaison bisulfitique). Un procédé plus récent utilise l'adsorption et la désorption sélective du glucose et du fructose sur une résine échangeuse d'ions (agissant comme milieu adsorbant et non par échange d'ions). La présente invention décrit un procédé, suivant lequel, à partir d'une solution de saccharose, par l'action d'un mi cr0- organisme, on obtient une solution ne contenant que du fructose (pratiquement exempt de gLucose) et de L'acide gLuconique, que l'on sépare ensuite. La présente invention repose sur L'action d'un seul micro-organisme capable, dans un seul appareiL, de réaliser Les réactions successives d'inversion du saccharose et d'oxydation du glucose en acide gLuconique. Les différents procédés de séparation fructose-acide gluconique sont également décrits : - précipitation d'un gLuconate insoluble et précipitation - fixation de L'acide gluconique sur une résine échangeuse d'ions - extraction de L'acide gluconique par électrodialyse. Descrition de la première étape du procédé On fait agir un champignon microscopique, tel qu'un Aspergillus (et plus particuLièrement A. niger) sur une solution aqueuse de saccharose. L'inversion du saccharose sous L'action d'une invertase sécrétée par A. niger est instantanée, ce qui fait que La solution devient une solution équimoléculaire de fructose et de glucose. Le même microorganisme secrète une gluco-oxydase qui transforme Le glucose en acide gluconique. IL faut veiller à ce stade de La réaction à ne pas continuer car alors L'A. niger isomérise Le fructose en glucose, puis oxyde Le glucose produit. Cela suppose un dosage fréquent ou continu du glucose présent. Les deux réactions précédentes peuvent être menées à bien dans un fermenteur soit en discontinu, soit en continu. Comme solution de saccharose, on pourra partir, par exemple, d'une dilution de mélasse, de jus de betterave ou de sirop sucre. Descriotion de La deuxième étame du procédé On se trouve dans une solution aqueuse pratiquement équimoléculaire de fructose et d'acide gluconique. La première méthode utilisée est de précipiter un gluconate insoluble mais les impératifs de la chimie alimentaire limitent énormément le choix des cations. Le gluconate de baryum est remarquablement insoluble mais les sels de baryum sont toxiques et donc il faut rejeter ce cation. Le gluconate de calcium est légèrement soluble mais les sels de calcium ne posent pas de problème. Une autre méthode consiste à faire passer la solution contenant le fructose et l'acide gluconique sur une colonne de résines échangeuses d'ions où l'anion gluconate se fixe ; cela est possible car le pK de l'acide est de l'ordre de 3,6. I-l sort donc de la colonne une solution de fructose. On récupère ensuite par élution par une solution basique l'acide gluconique préalablement fixé. Une autre méthode possible est de soumettre la solution contenant le mélange fructose acide gluconique à une électrodialyse pour extraire sélectivement l'acide gluconique. Pour éclairer les différentes étapes de la préparation, les exemples suivants ont été réalisés en partant d'une préculture en fiole d'erlenmeyer sur table agitante, à 30"C, faite à partir d'une culture gelosée d'A. niger IMP. Le milieu stérile de préculture a pour composition - saccharose 50 g/l - nitrate de calcium (4H20) 1 g/l - phosphate monoammonique 1 g/l - phosphate monopotassique 0,25 g/l - chlorure de potassium 0,25 g/l - sulfate de magnésium (7H20) 0,25 g/l - chlorure ferrique 1 cg/l. La préculture en 36 h donne un inoculum qui servira pour plusieurs exemples. ExemDle 1 On opère dans un réacteur "CHEMAP" type LF 7.14.20 (fabriqué par la société CHEMAP'AG-Mannedörf - Suisse) de capacité utile de 15 l, pourvu d'un agitateur à palettes. On stérilise le réacteur avec une solution chaude de saccharose à 200 g/l et, après refroidissement, on ajoute 1,5 l d'inoculum et la quantité nécessaire de la solution de préculture pour obtenir 15 l de solution titrant 150 g/l de saccharose. On règle la température à 30 , l'agitation à 800 tr/min et on insuffle de l'air stérile à 17,6 I/min. Un dispositif automatique mesure en continu le pH du milieu et l'ajuste à pH : 5 par addition d'une solution normale de potasse. On dose les produits présents au bout de 32 h de culture discontinue et on obtient - concentration en acide gluconique 12Q g/l et en fructose 50 g/l - productivité en acide gluconique 2,39 g/l/h et en fructose 1,09 g/l/h. Si l'on avait réalisé les réactions théoriques Inversion saccharose --------) glucose + fructose Oxydation et glucose v ---- > acide gluconique + fructose + fructose à partir d'une mole de saccharose, on devrait obtenir une mole d'acide gluconique (on en obtient 1,4) et 1 mole de fructose (on en obtient 0,7). Il est facile de voir que la réaction a été poussée trop loin : l'A.niger a oxydé tout le glucose et ensuite a isoméries9 une partie du fructose en glucose et a oxydé ce nouveau glucose. ExemDle 2 On opère en continu sur un microréacteur de 550 ml garni de plateaux perforés en PVC (coefficient de vide 0,22). La pulsation est assurée par un pulsateur électrique EIVS. On ajoute à la soLution 2 g/l de TWEEN 80 (Prolabo) comme surfactant permettant la "diffusion" du mycélium le rendant ainsi susceptible de se désagréger sous l'effet des pulsations. En sortie du réacteur, un décanteur sépare la mousse et recycle le jus de fermentation dans le réacteur. Les paramètres opératoires sont - température 300C - pH 5 - aération 0,25 I/h. On alimente le réacteur -où l'on a laissé se développer unepopulation mycélienne suffisante- avec une solution de saccharose à 100 g/l complétée du milieu minéral décrit dans l'exemple 1. Le réacteur, fonctionnant en culture continue, permet donc de produire un mélange fructose-acide gluconique, le but étant d'épuiser en saccharose et en glucose. La faisabilité dans le temps a été testée sur une semaine. Un dosage au bout de 2 jours et pendant 7 jours donne - acide gluconique 45 g/l - fructose............................... fructose 30 g/l - sucre restant.......................... restant 3 g/l - productivité en acide gluconique 7 g/l/h - productivité en fructose 5,5 g/l/h. La prolifération du mycélium a ensuite dégradé les résultats car au 30ème jour on obtenait - acide gluconique 28 g/l - fructose 15 g/l - sucre restant 30 g/l. Les deux exemples montrent que le procédé permet dans un seul appareil de transformer une solution de saccharose en une solution de fructose et d'acide gluconique. La deuxième étape du procédé sur la séparation du fructose et de L'acide gluconique peut être comprise à partir des exemples suivants On partira d'une solution synthétique contenant 100 g/l de fructose et 100 g/l d'acide gluconique pour simplifier les explications. ExemDle 3 On dispose d'un litre de la solution synthétique. On y ajoute 100 cm3 d'une solution de chlorure de calcium à 300 g/l. Le précipité de gluconate de calcium se forme instantanément et on filtre sur fiole à vide. Après séchage, on étuve à 65 C, on pèse et on obtient 89 g de gluconate de calcium. Le rendement d'extraction n'est que de 80 % car le gluconate de calcium est un peu soluble. Exemple 4 On fait passer un litre d'une solution aqueuse contenant 100 g de fructose et 100 g d'acide gluconique sur une colonne de résines échangeuses d'anions (on choisit une résine basique forte car le pK de l'acide gluconique est égal à 3,6). On récupère une solution de fructose sur laquelle un dosage acide-base indique une teneur en acide gluconique inférieure à 0,1 g/l. On peut ensuite récupérer l'acide gluconique par élution avec une solution de soude. La colonne est à ce moment apte à refixer l'acide gluconique. Les exemples précédents montrent qu'il est facile d'éliminer L'acide gluconique de la solution, obtenant ainsi une solution de fructose pratiquement pur. Tous ces exemples illustrent des aspects différents mais non limitatifs de l'invention et ne sont présentés que pour éclairer la description. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation de fructose exempt de glucose à partir d'une solution de saccharose, caractérisé en ce que L'on inverse le saccharose en glucose et en fructose sous l'action d'une enzyme, que l'on oxyde le glucose en acide gluconique sous l'action d'une enzyme et que l'on extrait L'acide gluconique de la solution. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enzyme inversant le saccharose et l'enzyme oxydant le glucose sont sécrétées par un micro-organisme placé dans la solution de saccharose. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le micro-organisme sécrétant les deux enzymes est l'Aspergillus niger. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les opérations d'inversion et d'oxydation sont réalisées dans un seul appareil. 5. Procédé selon L'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la solution contenant le fructose et L'acide gluconique est traitée par une résine échangeuse d'ions choisie pour fixer L'acide gluconique et laisser en solution le fructose. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'acide gluconique est extrait des résines échangeuses d'ions par élution par une solution basique. 7. Procédé selon les revendications 1-à 4, caractérisé en ce que l'on ajoute sous forme de sel à la solution contenant le fructose et L'acide gluconique un cation dont le gluconate est insoluble et que l'on procède à une filtration. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le cation choisi est le calcium. 9. Procédé selon L'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le saccharose est introduit sous forme de jus de betterave, de mélasse diluée ou de sirop de sucre.