Brevet FR2618793A1 — publié le 19890203

Procédé et dispositif pour l'obtention de suspensions bio-actives. L'invention peut être utilisée avant tout là o des procédés particulièrement efficaces d'obtention de suspensions bio-actives sont nécessaires. Des domaines d'utilisation typiques dans la production biotechnoloqique, cosmétique et pharmaceutiques sont par conséquent des intéorations de cellules d'orioines di- verses comme les levures, les bactéries et autres et l'obtention des substances du contenu cellulaire par exemple des enzymes, des acides nucléiques et d'autres substances physiologiquement acti- ]0 ves. En principe, les procédés appropriés pour l'bten- tion de suspensions bio-actives peuvent être divisés en procédés habituels mécaniques et procédés pour lesquels les ultra-sons sont utilisés. Jusqu'ici seuls des procédés mécaniques tradi- tionnels ont obtenu une signification industrielle qui comprennent d'une manière usuelle des dispositifs pour la destruction mécani- que. A ceci appartiennent en particulier des broyeurs à boulets, des pilons et des homooénéisateurs d'extension. Les étapes de procédé mentionnées dans les des- criptions d'invention de la demande de brevet allemand 3]39 093, du brevet d'Allemagne Démocratique 216 628 et de la demande de brevet allemand 3 515 231 se rapportent en premier lieu à des mé- thodes de pulvérisation au moyen de broyeurs à billes, des régimes de température chronologiquement échelonnées et additionnellement avec une agitation intensive employée. Dans le brevet allemand 3 226 016 on décrit une installation avec un homoqénéiseur d'extinction pour lequel les cellules sont détruites par un gradient de pression élevé, des effets de cavitation et de turbulence à ouverture étroite. Un inconvénient fondamental de ce procédé et de ces dispositions est constitué par le fait qu'ils fontperdre beaucoup de temps et qu'ils manifestent un résultat de bilan insatisfaisant. Il est également désavantageux que dans beaucoup de cas, seuls les composés organiques durables chronologiquement peuvent être traités. En outre, vient le fait que les procédés mentionnés plus haut mécaniques consomment beaucoup d'6nerqie et occasionnent des coOts élevés en installation et en fonctionnement et leur rendement en substances moins résistant, demeure réduit. Parmi les méthodes de désintégration possibles pour lesquelles un appareil d'ultra-sons est utilisé, il est seu- lement peu connu à partir de la littérature et des prospectus des firmes fabricantes, car elles se limitent à une utilisation au laboratoire. Il est caractéristique pour ce procédé le dispo- sitif connu d'une installation d'ultra-sons consistant en un cé- nérateur haute fréquence, un modificateur électro-mécanique avec un instrument de travail (sonotrode) et unemultiplicité de réci- pients, à sonication le plus souvent ouverts, qui en outre peu- vent être refroidissables et rendent possible une alimentation continue avec le milieu. Il y a aussi des dispositifs de résonateurs spéciaux (cellules) qui sont connus, qui sont couplés directement à un modificateur d'ultra-sons électro-mécaniques (cf brevet alle. iand 2 027 553 et brevet de l'Allemagne Démocratique 2 836 741). Il est désavantageux qu'il soit possible grâce à l'exécution nécessaire comme élément de résonnateur dépendant dé la longueur d'onde, aucun dimensionnement constructif avantageux du volume de sonication et qu'il faille éviter un refroidissement, A partir des descriptions techniques de l'inven- tion, il y a beaucoup de formes de sonotrodes appropriées pour la sconcation. Un des inconvénients déterminant de ce procédé et des dispositifs est occasionné par un résultat d'exploitation insuffi- sant de 60 l au maximum, en ce qu'aucun moyen qui favorise l'ef- fet des ultra-sons ne peut être mis en oeuvre et le dimensionne- ment constructif nécessaire d'un volume de sonication efficace ne peut être pris en considération. Le but de l'invention consiste à développer un procédé et le dispositif correspondant pour obtenir des suspen- sions hioactives au moyen d'ultra-sons de performance de façon à obtenir avec une faible consommation, un résultat d'exploitation le plus élevé possible. Le problème selon l'invention consiste en ce qu'on développe un procédé le plus possible par traversée d'un courant et le dispositif qui en fait partie, pour lequel par action d'ultra-sons de performance le matériel biologique est com- plètement activé et est désagrégé d'une manière ménagée. D'autres avantages de l'invention sont caracté- risés par un procédé d'obtention de suspensions bioactives, le cas échéant par utilisation de milieux de désagrégation par ultra-sons, au moyen d'ultra-sons de performance, caractérisé en ce que l'on ajoute à la suspension des activateurs d'ultra-sons. Procédé caractérisé en ce que le volume de suppression des ac- tivateurs d'ultra-sons ne s'élève pas à plus du sixième du volume du récipient. Procédé caractérisé en ce que les activateurs d'ultra-sons sont d'apparence multiple et se situent dans leurs dimensions géométriques environ à deux ordres de qrandeur au-dessus de l'amplitude efficace des ultra-sons. Procédé caractérisé en ce que les activateurs d'ultra-sons sont constitués de matériaux durs aux sons résistants d'une manière extensive à la cavitation, par exemple de céramique dure. Procédé caractérisé en ce que, en tant que milieu de désagrégation aux ultra-sons on ajoute du propylè- neglycol. Procédé caractérisé en ce que le procédé est exécuté sous refroidissement, de préférence à 0O à 100C. Dispoàitif pour la mise en oeuvre du procédé par utilisation d'un récipient pour- vu d'une amenée et d'une évacuation, d'un générateur haute fréquence, d'un système modificateur électro-mécanique, une électrode à haute performance ainsi que d'un équipement de pompe caractérisé en ce que en tant que récipient on utilise un espace d'écoulement sphérique à parois épaisses dont le dia- mètre n'est pas plus grand que le triple de la surface de ra- diation de la sonotrode et dans laquelle la sonotrode est dis- posée de façon que sa surface d'irradiation se situe approxima- tivement au point central. Dispositif caractérisé en ce que J0 l'amenée se situe à la base de l'espace d'écoulement sphérique et que l'évacuation se situe au-dessus de la surface d'irradia- tion de la sonotrode. Selon l'invention, ce problème est résolu en ce que des activateurs d'ultra-sons sont ajoutés à la suspension. Le volume de déplacement de ces activateurs d'ultra-sons ne s'élève pas davantage qu'à un sixième du volume du récipient. Dans leurs dimensions géométriques les activateurs d'ultra-sons se situent à environ deux ordres de grandeur au-dessus de l'am- plitude active des ultra-sons. D'une manière appropriée, les activateurs d'ul- tra-sons consistent en matériaux durs aux sons, résistants à la cavitation d'une manière extensive, par exemple à base de cérami- que dure. les activateurs d'ultra-sons peuvent posséder des for- mes à nombreuses conformations. Particulièrement appropriée est l'addition de propylèneglycol comme milieu de désintégration à côté du liquide de la suspension. Un refroidissement pour le maté- riel biologique est avantageux. Les températures préférées se si- tuent entre 0 et 10 C. Les deux mesures, addition de propylène- glycol et travail à basse température, ont pour résultat que l'on obtient par une amélioration de la conduite des sons et une aug- mentation de l'inertie dynamique des cellules, une augmentation de l'effet des ultra-sons dans le récipient. Par ce moyen plusieurs facteurs d'augmentation du procédé de désintégration et de complet mélange par unité de temps agissent sur les quantités qui se trouvent dans le récipient de substances bio-actives. Le procédé est particulièrement efficace lorsqu'on le réalise en tant que procédé par écoulement. La suspension est introduite dans ce but dans un espace d'écoulement à parois épaisses de forme sphérique dont le diamètre n'est pas plus grand que le triple de la surface de rayonnement de la sonotrode. La sonotrode est appliquée de sorte que la surface de rayonnement se situe approximativement au point central de l'espace d'écoulement de forme sphérique. D'une manière préférée, l'amenée se situe à la base de l'espace d'écou- lement et l'évacuation au-dessus de la surface du rayonnement de la sonotrode. Le dimensionnement constructif de l'espace d'écoulement sphérique de la surface du rayonnement de la sonotro- de et des activateurs d'ultra-sons l'un à l'autre est disposé de sorte que la suspension bioactive est exposée d'une manière plus intense que jusqu'ici à des amplitudes élevées d'ultra-sons. De ce fait, une sonication brève et unique de la suspension est seu- lement nécessaire même lorsque la teneur en substance solide est augmentée jusqu'à 50 %. Le procédé selon l'invention est par cela essentiellement moins consommateur de temps et de dépense que les procédés connus. Par mise en oeuvre de différents facteurs, qui favorisent l'effet des ultra-sons comme par exemple les activa- teurs d'ultra-sons mentionnés ci-dessus, le rendement est auqmen- té de 100 % environ et on garantit aisément un résultat plus sûr et plus rapide pour des substances organiques très résistantes. L'invention doit être explicitée ci-après d'une manière plus précise au moyen d'un exemple d'exécution. La fi- fure 1 montre une représentation du dispositif selon 1' invention. Une sonotrode à haute performance l s'élève dans l'espace d'écou- lement 2 sphérique dans lequel se trouve à côté de la suspension 4 des activateurs d'ultra-sons 3. La suspension 4 est pompée au moyen du dispositif de pompage 5 à travers l'orifice d'entrée 7 d'une manière continue dans l'espace d'écoulement 2. A cet endroit se trouve la surface de rayon- nement 9 de la sonotrode à haute performance l dont l'amplitude d'oscillation s'élève à environ 50 ym dans le centre de l'es- pace d'écoulement sphérique 2. L'espace d'écoulement 2 a un diamètre tri- ple de celui de la surface de rayonnement 9. Le matériau et la paroi de l'espace d'écoulement sont réalisés techniquement d'une telle façon que l'absorption du son est limitée au minimum. Pour le procédé, les activateurs d'ultra-sons 3 qui se trouvent également dans l'espace d'écoulement 2 et s'élèvent au sixième du volume ont de l'importance. Des activateurs d'ultra-sons sont à base de céramique dure en forme de disque dont le diamètre s'élève à environ 100 fois l'amplitude des ultra-sons, ont donné de bons résultats. Après action des ultra-sons la suspension est évacuée par l'orifice d'évacuation 2. Il est particulièrement avantageux d'ajouter 15 % de propylèneglycol à la suspension et de refroidir déjà l'amenée 10 à l'exception de l'espace d'écou- lement 2 à l'aide d'un dispositif de refroidissement 6 de façon que la suspension 4 ait une température d'environ 4 C déjà lors de l'entrée dans l'espace d'écoulement 2. Exposition du dessin de référence 1. Sonotrode à haute performance. 2. Espace d'écoulement sphérique. 3. Activateurs d'ultra-sons. 4. Suspension. 5. Equipement de pompage. 6. Dispositif de refroidissement. 7. Ouverture de l'entrée. 8. Ouverture de la sortie. 9. Surface d'irradiation de la sonotrode. 10O. Amenée. RE V E N D I C A T I 0 N S 1 . Procédé d'obtention de suspensions bioac- tives, le cas échéant, par utilisation de milieux de désagrégation par ultra-sons, au moyen d'ultra-sons de performance, caracté- risé en ce que l'on a ajouté à la suspension des activateurs d'ultra-sons. 2 . Procédé selon la revendication 1 caracté- risé en ce que le volume de suppression des activateurs d'ultra- sons (3) ne s'élève pas à plus du sixième du volume du récipient. 30. Procédé selon la revendication 1 ou 2 ca- ractérisé en ce que les activateurs d'ultra-sons (3) sont d'ap- parance multiple et se situent dans leurs dimensions géométriques environ à deux ordres de grandeur au-dessus de l'amplitude effi- cace des ultra-sons. 40. Procédé selon les revendications 1 à 3 ca- ractérisé en ce que les activateurs d'ultra-sons sont constitués de matériaux durs aux sons résistant d'une manière extensive à la cavitation, par exemple de céramique dure. 50. Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que en tant que milieu de désagrégation aux ultra-sons on ajoute du propylèneglycol. 6 . Procédé selon lesrevendications 1 à 5, caractérisé en ce que le procédé est exécuté sous refroidisse- ment, de préférence à 0 à 10 C. 7 . Dispositif pour la mise en oeuvre du pro- cédé selon la revendication 1 par utilisation d'un récipient pourvu d'une amenée (7) et d'une évacuation (8), d'un générateur haute fréquence, d'un système modificateur électro-mécanique, une électrode à haute performance ainsi que d'un équipement de pom- pe (5) caractérisé en ce que, en tant que récipient on utilise un espace d'écoulement sphérique (2) à parois épaisses dont le diamètre n'est pas plus grand que le triple de la surface de ra- diation de la sonotrode (1) et dans laquelle la sonotrode (1) est disposée de façon que sa surface d'irradiation se situe approxi- mativement au point central. 8 . Dispositif selon la revendication 7 ca- ractérisé en ce que l'amenée (7) se situe à la base de l'espa- ce d'écoulement sphérique et que l'évacuation (8) se situe au- dessus de la surface d'irradiation de la sonotrode.