Brevet FR2619514A1 — publié le 19890224

Procédé pour récupérer des substances utiles à partir de produits naturels et l'utilisation d'un appareillage pour la mise en oeuvre dudit procédé. La présente invention concerne un procédé pour récupérer des substances utiles à partir de produits naturels et l'utilisa- tion d'un appareillage pour réaliser ce procédé. On est souvent amené à réaliser l'extraction de substances "utiles" contenues dans des plantes ou des tissus animaux. Lesdites substances "utiles" peuvent être par exemple et de façon non limi- tative des principes actifs utilisables en pharmacie ou en cosmé- tique, des teintures, des arômes, des résines ou polymères, etc. Dans les procédés les plus connus ont met en oeuvre un véritable procédé d'extraction, à savoir que la matière de départ après avoir été soumise à un déchiquetage primaire est mise en contact avec un solvant liquide ou gazeux. Ce solvant (ou mélange de solvants) a pour rôle de pénétrer dans les cavités de la matière de départ contenant la substance utile, à dissoudre ladite substance et à l'entraîner hors desdites cavités. Comme les parois des cavités dans lesquelles est située la substance utile sont le plus souvent constituées d'une membrane plus ou moins poreuse, le solvant utilisé peut contenir diverses substances qui favorisent le passage dudit solvant à travers ladite membrane. On notera incidemment que le solvant principal utilisé peut être par exemple de l'eau, un solvant organique, un mélange d'eau et de solvant, ou du gaz carbonique maintenu dans des conditions supercritiques. Les procédés d'extraction ainsi utilisés présentent de nombreuses difficultés sur le plan industriel dont les principales sont l'utilisation de quantités très importantes de solvants, des coûts de traitement elevés, la nécessité d'opérer l'extraction pendant une durée généralement importante et une productivité faible provenant de ce qu'on ne peut récupérer, par lesdits procédés d'extraction, qu'une fraction du composé utile théorique- ment disponible. Pour essayer de surmonter ces diverses difficultés, on a déjà proposé de faire précéder le traitement d'extraction propre- ment dit en faisant agir sur le composé de départ (ayant subi de préférence un fractionnement primaire) un complexe enzymatique dont La fonction est de provoquer une certaine déstructuration de La paroi des cavités contenant le composé utile et de favoriser ainsi la pénétration et la sortie du solvant desdites cavités. Ce procédé enzymatique constitue un progrès quant au ren- dement et à la vitesse d'extraction par rapport aux procédés d'extraction classiques décrits ci-dessus mais présente des incon- vénients notables en ce qui concerne notamment la nécessité d'adap- ter exactement l'action enzymatique à l'objectif recherché et les difficultés supplémentaires de récupération de composés utiles purs. Il a été trouvé maintenant et cela constitue une base de la présente invention qu'il était possible, par des actions méca- niques, de déstructurer la matière de départ (plantes, tissus d'animaux) pour réaliser une détérioration suffisante des parois des cavités dans lesquelles sont situées les substances utiles, pour que lesdites substances utiles soient libérées. Il s'ensuit que, la substance utile étant "libérée" par l'action mécanique de déstructuration, une mise en contact simple du produit de départ déstructuré avec un liquide provoque l'enlève- ment de ladite substance utile. L'action du liquide s'assimile donc plus à une action de lavage qu'à une action d'extraction telle qu'elle est conçue classiquement. Ceci a deux conséquences, la première est que l'enlèvement du composé utile est beaucoup plus rapide que dans le cas de l'extraction et la seconde est que les liquides qui sont utilisables pour réaliser ces lavages peuvent être identiques ou différents de ceux employés pour effectuer l'extraction. Compte tenu de ce qui précède, il a été trouvé, et cela constitue le deuxième aspect de la présente invention, que les durées nécessaires pour récupérer la (ou les) substance(s) utile(s) à partir de matière de départ déstructurée étaient de même ordre de grandeur que les durées pour réaliser ladite déstructuration; la conséquence en est qu'il est possible et souhaitable dans la présente invention de mettre en oeuvre dans un même appareil cette invention en continu en effectuant successivement La déstructura- tion de la matière de départ et la récupération de la substance utile. L'invention concerne donc un nouveau procédé pour récupé- rer des substances utiles à partir de produits naturels tels que plantes et/ou tissus d'animaux, caractérisé en ce que l'on réalise en continu et dans le même appareil une déstructuration mécanique du produit de départ en soumettant ledit produit à un cisaillement intense sous forte compression et la mise en contact des produits déstructurés obtenus avec un liquide assurant l'entraînement de la substance utile recherchée. L'invention concerne aussi l'utilisation d'un appareil, connu en lui-même pour d'autres utilisations, permettant de réali- ser L'opération de déstructuration et l'opération d'entraînement de la substance utile, ledit appareil étant, de façon tout à fait préférentielle, un appareil de type extrudeuse, notamment d'extru- deuse bi-vis, permettant de soumettre le produit de-départ à au moins une opération de cisaillement intense sous forte compression et à la mise en contact du produit déstructuré avec un liquide d'entraînement convenable. Bien qu'il soit difficile dans ce cas de définir avec précision l'intensité du cisaillement, on admettra qu'un tel cisaillement est obtenu par une action mécanique développant d'environ 50 à 100 W/h par kilogramme de produit traité et ceci dans une durée de 1 à 30 s. Par forte compression, on entend une compression comprise entre environ 25 et 200 bars. Selon les produits de départ, on choisira un taux de cisaillement et un taux de compression convenables en faisant éven- tuellement les essais préliminaires nécessaires. Il s'agira, après avoir déterminé, par unité de produit de départ, les quantités maximales de substances utiles que l'on peut extraire, de soumettre ledit produit de départ à des traitements mécaniques intenses tels qu'on sait les réaliser au stade du labo- ratoire et de mesurer la quantité de substance utile libérée par lesdits traitements mécaniques pour avoir des repères permettant d'orienter le choix des caractéristiques de cisaillement et de compression de la vis à utiliser dans l'extrudeuse. Il est clair qu'on peut être amené à soumettre le produit de départ à plus d'une de cette opération de déstructuration par cisaillement intense sous forte pression; ces opérations succes- sives sont effectuées dans le même appareil. L'entraînement de la substance utile recherchée, lorsqu'elle a été libérée par la déstructuration du produit de départ, se révèle très aisé. Cet entraînement peut être un simple entraînement vésiculaire ou une solubilisation de la substance recherchée dans le liquide d'entraînement. Généralement, le liquide d'entraînement est introduit dans l'extrudeuse, de préférence dans la partie aval de celle-ci de façon à circuler à contre-courant dans ladite extrudeuse. Plusieurs étages d'entraînement sont très souvent souhaitables. Le produit de départ peut être préalablement conditionné (déchiquetage, compactage) de façon d'une part à permettre une ali- mentation facile de l'extrudeuse et d'autre part de faciliter l'opé- ration de déstructuration. On notera d'ailleurs que l'on peut selon l'invention admettre en même temps que le produit de départ, c'est- à-dire dans la trémie de l'extrudeuse, tout ou partie du liquide d'entralnement utilisé et éventuellement divers additifs (basiques ou acides par exemple) qui faciliteront l'opération de déstructura- tion mécanique. On rappelle enfin que les extrudeuses modernes sont munies de dispositifs de chauffage, de refroidissement, de conditionne- ment, de filtres..., qui pourront être utilisés, dans le cadre de la présente invention, pour optimiser les résultats visés. Bien entendu la présente invention concerne également l'utilisation d'un appareil, connu en lui-même, qui est une extru- deuse, particulièrement une extrudeuse à bi-vis, apte à réaliser l'opération de déstructuration par cisaillement intense sous forte pression et apte à recevoir un liquide pour être mis en contact 2 619514 avec le produit déstructuré en vue de réaliser la récupération de substances utiles à partir de produits naturels, tels que plantes ou tissus d'animaux, en contenant. Le procédé selon l'invention présente, par rapport aux procédés connus, des avantages nombreux et très importants dont les principaux sont les suivants': - la vitesse d'extraction est accrue dans des proportions considérables (de 15 s à 40 s contre 1 h à 2 h), - le rendement de l'extraction est très fortement accru (de 2 fois à 5 fois celui des procédés classiques statiques), - la consommation d'énergie est réduite d'un facteur allant de 5 à 20, - on peut opérer à température exactement contrôlée, notamment à basse température,ce qui évite toute dégradation intempestive de la substance recherchée; - le coût de la main-d'oeuvre est très inférieur à celui des procédés classiques connus. Les exemples non limitatifs ci-après illustrent l'inven- tion. Ces exemples ont tous été réalisés dans une boudineuse à bi-vis schématisée sur la figure unique. Sur cette figure on voit, - en 1 le fourreau qui entoure les deux vis parallèles 2; ces deux vis sont identiques, engrènent ensemble et sont entraînées en rotation, dans le même sens, par un moteur (avec réducteur) non représenté, - on remarque que, selon la forme, l'orientation et l'amé- nagement des vis le long du fourreau, l'extrudeuse soumet le maté- riau de départ introduit par la trémie 3 à des opérations de com- pression, cisaillement, détente et mélangeage, dans l'appareil décrit et utilisé pour réaliser lesexemples ci-après l'opération de cisaillement intense sous haute pression est plus spécialement réalisée dans la partie A de l'appareil; le cisaillement corres- pond à une action d'environ 75 W/h en 10 s et La pression est de 75 kg, - en 4 l'extrudeuse est alimentée en Liquide d'entraîne- ment; ce liquide est repris à plusieurs niveaux 5, 6, 7 pour être réintroduit dans l'extrudeuse en 8 et 9; du Liquide chargé ou non en matière utile peut être introduit dans La trémie en 10, - en 11 la sortie du liquide chargé en substance utile, - en 12 la sortie du produit de départ déstructuré et débarrassé de la substance utile récupérée dans l'extrudeuse. Exemple 1 Dans une extrudeuse à bi-vis corotative, de 45 mm d'entraxe, dont la vitesse de rotation est de 200 tr/min et qui comporte deux zones de travail, on introduit en tête 200 kg de feuilles de menthe poivrée de type Milly et Mitchasu (Mentha pipe- rita); - au moment de l'introduction de la menthe, celle-ci a subi une préimprégnation par macération dans l'eau froide pendant 2 h. Les feuilles de menthe sont simplement compaLtées par un pres- sage doux, - l'alimentation de la bi-vis en feuilles de menthe et l'injection d'un mélange eau-alcool au niveau du 2ème étage de la bi-vis sont simultanées, - un liquide très peu chargé de fines particules solides est recueilli sous le filtre de la première zone de travail, - la quantité du mélange eau-alcool nécessaire pour un entraînement complet peut varier de 2 à 6 fois Le poids de feuilles de menthe introduites (selon la qualité de la menthe uti- lisée), - le rendement d'extraction est alors supérieur à 90 %. Par distillation du liquide recueilli on obtient un mélange comportant une fraction terpénique, le menthol et la men- thone, - le temps de séjour moyen dans la machine est de 35 s. La totalité des 200 kg de matières premières (exprimés en matière sèche) est traitée en I h 10 min. Exemple 2 Des feuilles de fumeterre, préalablement hachées et légè- rement pressées, sont introduites dans la machine après macération de I h dans de l'eau froide. 100 kg de fumeterre sont traités en 50 min. On refroidit par simple courant d'eau dans la double enveloppe du fourreau de la machine, - le rendement en fumarine et en acide fumarique, qui sont les produits nobles recherchés, est 310 % par rapport au rendement maximum obtenu par extraction classique à la vapeur. Il est presque quantitatif au vu des analyses effectuées sur la plante. Exemple 3 L'arôme de houblon est largement utilisé en brasserie. On l'obtient par extraction au C02 en conditions supercritiques, - la déstructuration préalable de houblon par le procédé objet de l'invention permet une amélioration de près du double du rendement, et une réduction de la capacité du réacteur de traite- ment au C02 de 5 à 1. Compte tenu du fait que ce réacteur fonction- ne à une pression de 60 à 100 bars, l'économie sur l'investissement est considérable, - la durée de l'extraction est elle-même réduite d'environ deux tiers du temps normal. Exemple 4 Traitement de bagasses de canne à sucre pour l'extraction du furfu- ral - la productivité du procédé classique d'hydrolyse acide des pentosanes contenus dans les bagasses de canne à sucre est limitée par la diffusion des réactifs acides, à travers les mem- branes végétales qui renferment les pentosanes, - l'utilisation du "Procédé" permet de doubler cette pro- ductivité sans investissement supplémentaire (hors la bi-vis). Exemple 5 Des copeaux de châtaigniers sont introduits, humides, dans une bi-vis. Dans la zone de travail (déstructuration) la tempéra- ture de la matière peut atteindre environ 80 à 90 C. On utilise quatre zones de travail. L'entraînement des tanins, réalisé par l'eau, atteint un taux d'extraction de 95 %. On recueille donc d'une part les tanins et d'autre part des fibres cellulosiques. Outre l'avantage du procédé pour l'extraction des tanins, on notera que: la qualité des fibres obtenues en sortie de machine est très supérieure à celle que l'on obtient par les procédés classiques d'extraction à l'eau chaude sous pression, - cette fibre est généralement utilisée pour la fabrica- tion de panneaux de fibres. - l'amélioration des caractéristiques physiques et méca- niques est très significative. Exemple 6 Des copeaux de pin des Landes sont introduits humides dans la bi-vis. Dans les zones de travail, la température peut atteindre C. Avec une machine comportant quatre zones de travail, on recueille la quasitotalité de la résine contenue initialement dans le bois, sans pertes, ni dégradation des composés terpéniques (a et p pinènes, carène, myrcène) et on recueille en sortie de machine une pâte de bois, dont les fibres de haute qualité mécanique sont pratiquement exemptes de restes de résine. On notera que, dans ce cas particulier de mise en oeuvre de l'invention, comme dans l'exemple précédent, la quantité d'eau introduite avec les copeaux de pin "humides" doit être suffisante pour entraîner les composés recherchés. Exemple 7 En utilisant la même technique que celle décrite dans les exemples 1 à 6, on a réalisé les traitements des végétaux sui- vants: - fleurs de pervenche pour en extraire la vincristine, - ergot de seigle, - la Rauwolfia serperitina pour en extraire la réserpine. - les algues géantes (Mavrocystis pyrefera) pour en extraire les alginates, - les graines pourpres de la classe des Rhodophycae pour en extraire l'agar-agar, - les peaux d'agrumes et les résidus du pressage des pommes pour en extraire la pectine, - des résidus animaux, notamment des peaux, pour en extraire la gélatine. Exemple 8 Le procédé s'applique particulièrement bien à l'extraction de l'héparine par le traitement de tissus animaux repris après l'abattage. Les foies et les poumons des bovins sont les sources d'héparine les plus recherchées. Le procédé permet de réaliser, en plus d'une grande simplicité de l'extraction, une productivité accrue de 300 % et un rendement sensiblement supérieur à celui des procédés classiques. REVENDICATIONS 1. Procédé pour récupérer des substances utiles à partir de produits naturels tels que pLantes et/ou tissus d'animaux, caractérisé en ce que l'on réalise en continu et dans le même appareil une déstructuration mécanique du produit de départ en soumettant ledit produit à un cisaillement intense sous forte com- pression et la mise en contact des produits déstructurés obtenus avec un liquide assurant l'entraînement de la substance utile recherchée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit appareil est une boudineuse comportant au moins une zone de cisaillement intense sous forte pression et au moins une zone de mise en contact du produit avec ledit liquide. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que - ledit appareil est une boudineuse à bi-vis. 4. Utilisation d'une boudineuse comportant au moins une zone de cisaiLLement intense sous forte pression et au moins une zone de mise en contact du produit avec un liquide pour réaliser la récupération de substances utiles à partir de composés naturels.