Brevet FR2646439A1 — publié le 19901102

PROCEDE POUR LA PREPARATION DE SUCROESTERS PAR REACTION D'UN SUCRE ET D'UN ACIDE GRAS EN MILIEU SOLVANT ET EN PRESENCE D 'UNE ENZYME, ET SUCROESTERS AINSI PREPARES. L'invention, à laquelle a collaboré l'institut de Recherche pour les Huiles et Oléagineux-IRHO, concerne un procédé pour la préparation par synthese de sucroesters par réaction d'un sucre et d'un acide gras en milieu solvant et en présence d'un catalyseur enzymatique; elle se rapporte également aux sucroesters préparés de la sorte. Il est bien connu de préparer des sucroesters par réaction d'un sucre et d'un acide gras en présence d'une enzyme, telle que notamment d'une lipase. Ces sucroesters sont recherchés dans de nombreuses applications, notamment dans l'industrie pharmaceutique, des cosmétiques ou dans les préparations alimentaires, diététiques notamment. Dans le document JAOCS (1984) 61, 1761-1765, SEINO et al ont proposé d'estérifier des sucres (sucrose, glucose, fructose, sorbitol) avec des acides gras (acides stéarique, oléïque, linoléïque) en présence d'une enzyme, à savoir la lipase non spécifique de Candida cylindracea, et en milieu aqueux tamponné. Cette technique ne permet pas d'obtenir des quantités significatives de sucroesters et ne répond pas aux exigences de l'industrie. Dans le document JACS (1984) - 106, 2687-2992 et (1988) 110, 584-589, KLIBANOV et al ont proposé de travailler en milieu solvant anhydre, à savoir dans la pyridine, et en présence de poudre brute de pancréas de porc (catalyseur enzymatique). Ce procédé qui donne des résultats intéressants, n'est malheureusement pas exploitable sur le plan industriel, car, d'une part, actuellement la poudre de pancréas reste coûteuse et, d'autre part et surtout, l'emploi de pyridine est totalement prohibé, car trop toxique. L'invention pallie ces inconvénients. Elle vise un procédé d'estérification enzymatique du type en question en milieu solvant, qui soit économique, facile à mettre en oeuvre, industrialisable, et qui donne d'excellents rendements et conduise à des molécules facilement exploitables, car sensiblement exemptes de toutes traces de réactifs résiduels. Le procédé de l'invention pour la préparation de sucroesters par réaction d'un sucre et d'un acide gras en milieu solvant et en présence d'un catalyseur enzymatique, se caractérise en ce que le milieu solvant est constitué par un composé choisi dans le groupe comprenant les alcools tertiaires et l'alcool ispropylique. En d'autres termes, l'invention consiste à avoir déterminé que lorsqu'on effectue la réaction d'estérifi- cation en milieu solvant d'alcool tertiaire, non seulement on peut travailler dans des conditions industrielles, mais on obtient également non seulement un bon rendement et surtout des produits industriellement exploitables. La mise en oeuvre de milieu solvant alcoolique dans une réaction d'estérification n'est pas habituelle, car les fonctions alcools ont tendance à réagir avec les fonctions acides de l'acide gras réactif, pour donner des esters composites complexes, néfastes et en tout cas non recherchés. La sélection d'alcools tertiaires cons titue donc une rupture par rapport aux enseignements actuels de la technique. Comme cette rupture conduit à une solution simple, efficace, industrielle, et permet d'obtenir des produits d'excellente qualité ; elle procède donc bien de l'activité inventive. Comme "sucres", on peut utiliser tous les composés connus comme tels, surtout ceux de la famille des -oses, mais également des composés structuralement analogues, tels que le sorbitol ou les oligo-glycérols. De préférence, on fait appel à des sucres choisis dans le groupe comprenant le mannitol, le sorbitol, la sorbose et le fructose. On a observé que l'on obtenait les meilleurs résultats avec le fructose.- La quantité de sucres que l'on doit introduire dépend évidemment de la solubilité de ceux-ci dans le milieu alcoolique choisi. Comme "acides gras , on peut utiliser tous les acides connus, saturés ou non, à nombre pair ou impair d'atomes de carbone, linéaires ou branchés, et dont le nombre d'atomes de carbone est supérieur à C4. On peut citer en pratique l'acide oléïque, stéarique, isostéarique, béhénique, palmitique, laurique, linoléique1 linolénique, caproïque, caprylique, caprique, gamalinoléique, arachidonique, eicosapentaénoïque. Comme "milieu solvant alcoolique", on utilise comme déjà dit des alcools tertiaires. Ces alcools peuvent être seuls ou en mélange. On utilise de préférence un alcool choisi dans le groupe comprenant le tertiobutanol (TB), le méthyl 3 pentanol 3 (M3P3). On a observé que l'on obtenait les meilleurs résultats avec le méthyl 2 butanol 2 (N2B2). I1 importe de mettre en oeuvre des composés aussi anhydres que possible, car la présence d'eau, certes nécessaire pour le catalyseur limite le rendement en déplaçant la réaction dans le sens de l'hydrolyse. L'eau produite au cours de la réaction d'estérification est entraînée avec le milieu solvant alcoolique. Comme "catalyseur enzymatique", on fait appel à tous les catalyseurs connus de ce type. De préférence, on utilise des acyl-transférases, notamment greffées. On obtient de bons résultats avec la lipase du Mucor miehei. On utilise de préférence cette lipase greffée sur une résine macro-poreuse échangeuse d'anions. On a observé qu'avec ce composé à grande surface spécifique, on obtenait les meilleurs rendements pour une quantité de lipase voisine de cent milligrammes par mole de sucre. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, à l'appui de la figure unique annexée qui est une représentation schématique sommaire d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Dans cette figure unique, la référence (1) désigne la solution préalablement préparée de sucre, d'acide gras et de solvant que l'on envoie dans le réacteur (2), par exemple du type constitué par un tube fermé à- double enveloppe, contenant le catalyseur (3). Sauf indication contraire, dans les exemples suivants, on utilise comme enzyme une résine macro-poreuse échangeuse d'anions sur laquelle a été greffée la lipase Mucor miehei, commer cialisée par NOVO sous la marque wLIPOZYNE", dont 1ac- tivité d'interestérification normalisée est égale à 25 BIU/grammes. Le milieu (4) sorti du réacteur (2) est soumis à une séparation poussée (5), telle qu'une dialyse, voire une ultra-filtration, pour séparer le sucroester (6) des excès de réactifs et de solvant (7) que l'on recycle en (8) dans le réacteur (2). La solution (1) est prépare de manière connue dans un récipient (9) chauffé à une température voisine de celle recherchée dans le réacteur (2), par exemple de 55ex, pour obtenir la solubilité optimale du sucre et éviter la recristallisation de celui-ci. On verse dans ce récipient (10) sous légère agitation le sucre dans la quantité choisie d'alcool jusqu'à dissolution du sucre. La proportion du sucre dissous dans l'alcool considéré est guidée par la limite de solubilité de ce sucre. On ajoute ensuite l'acide gras voulu. Comme cet acide est facilement soluble, la dissolution se fait instantanément. Exemple 1 Dans deux cent millilitres de méthyl 2 butanol 2 (M2B2) sous agitation à 550C, on dissout deux grammes de fructose jusqu'à solubilisation complète. On ajoute ensuite 31,33 grammes d'acide oléïque. On obtient ainsi dans le milieu un rapport molaire de une mole de fructose pour dix moles d'acide oléïque. On envoie alors ce mélange réactionnel (1) dans un réacteur (2) à lit fixe enzymatique, contenant neuf grammes de LIPOZYME (marque déposée de NOVO) pendant deux heures. On suit l'évolution de la réaction par chromatographie en couche mince. Lorsqu'on est en régime permanent, on envoie un nouveau mélange réactionnel (1). On recueille alors en sortie du réacteur (4), un mélange réactionnel que l'on évapore sous pression réduite. Le résidu redissout dans l'hexane est filtré puis dialysé. Dans le perméat (7), on retrouve l'excès d'acide oléïque et dans le retentat (6) on recueille 2,4 grammes d'oléate de fructose (mélange de mono et de di-oléates de fructose) que l'on identifie par chromatographie sur couche mince. On obtient un rendement de réaction de 50%, mais avec la possibilité de recycler les réactifs (7) qui n'ont pas réagi. La réaction permet en outre de préserver la structure chimique du synthon, ce que ne permet pas d'obtenir les autres réactions chimiques connues à ce jour. Les esters de fructose préparés conformément à l'invention présentent donc des avantages biologiques appréciables. Après la séparation (5), la pureté de l'oléate de fructose (6) obtenue est d'au moins 95 %, ce qui est également original. Le produit final obtenu est un liquide visqueux. Exemple 2 : On répète l'exemple 1 en remplaçant le fructose par du sorbose. On obtient un rendement de 34 %. Exemple 3 : On répete l'exemple 1 en remplaçant le fructose par du sorbitol On obtient un rendement de 35 %. Exemple 4 : on répète l'exemple 1 en remplaçant le fructose par du mannitol. On obtient un rendement de 20 %. Exemple 5 : On répète l'exemple 1 en remplaçant l'acide oléïque par de l'acide palmitique. On obtient un rendement de 50 %. Exemple 6 On répète l'exemple 1 en remplaçant le M2P2 par du TB. On obtient un rendement de 39 %. Exemple 7 : On répète l'exemple 1 en remplaçant le M2B2 par du M3P3. On obtient un rendement de 39 %. Exemple 8 : On répète l'exemple 1 en remplaçant le M2B2 par l'isopropanol, on obtient un rendement de 5 t. Exemple 9 : On répete l'exemple 1 en remplaçant le solvant M2B2 par de 1'hexane. Le mélange réactionnel obtenu en sortie de réacteur (4) est pratiquement exempt de sucroester. Exemple 10 On répète l'exemple 1 en présence d'eau tamponnée conformément aux enseignements de SEINO visé dans le préambule. On constate que l'on n'obtient pratiquement pas de sucroester. Le procédé selon 1invention présente de nombreux avantages par rapport aux procédés connus à ce jour. On peut citer - le fait de travailler selon un procédé enzymatique mais en phase homogène - la facilité de manipulation et d'industrialisation - la possibilité de réaliser un procédé totalement continu qui n'affecte pas les propriétés globales de la molécule. De la sorte, ce procédé de préparation de sucroesters peut être utilisé pour toutes les applications connues de ces composés. On peut citer la fabrication d'émulsifiants pour l'industrie pharmaceutique, pour la cosmétologie, pour l'industrie alimentaire, notamment la préparation de produits diététiques. REVENDICATtONS 1/ Procédé pour la préparation de sucroester par réaction d'un sucre et d'un acide gras en milieu solvant et en présence d'un catalyseur enzymatique, caractérisé en ce que le milieu solvant est un composé choisi dans le groupe constitué par les alcools tertiaires et l'alcool isopropylique. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le milieu solvant est un mélange d'alcools tertiaires. 3/ Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le milieu solvant est constitué par un alcool choisi dans le groupe comprenant lisopro- panol, le tertiobutanol, le méthyl 3 pentanol 3 et le méthyl 2 butanol 2. 4/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le sucre est choisi dans le groupe comprenant le mannitol, le sorbitol, le sorbose et le fructose. 5/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'acide gras est choisi dans le groupe comprenant l'acide oléïque, stéarique, isostéarique, béhénique, palmitique, laurique, linoléïque, lino lénique, caprolque, caprylique, caprique, gamalinoléique, arachidonique, eicosapentaenoïque. 6/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le catalyseur est une acyltransférase greffée. 7/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sucre est le fructose, l'acide gras est l'acide oléïque, le solvant est le méthyl 2 butanol 2, et le catalyseur est la lipase du Mucor miehei. 8/ Sucroester obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon lune des revendications 1 à 7. DEPOSANT : GATTEFOSSE S.A. MANDATAIRE : Cabinet LAURENT