Brevet FR2678939A1 — publié le 19930115

COMPOSITION DERIVANT D'UN SUCCINOGLYCANE, SON PROCEDE DE PREPARATION ET SES APPLICATIONS La présente invention se rapporte à une nouvelle composition déri- vant d'un succinoglycane. Par le terme succinoglycane on désigne généralement une famille de polysaccharides d'origine bactérienne qui comportent outre des motifs dérivés du galactose et du glucose, des motifs dérivés des acides succinique, pyruvique et éventuellement acétique ou des sels de ces acides. Les différents microorganismes qui sont susceptibles de conduire ces succinoglycanes sont en particulier les bactéries du type Pseudomo- nas, Rhizobium, Alcaligenes et Agrobacterium. Quelques succinoglycanes particuliers ont déjà été décrits dans la littérature pour leurs propriétés rhéologiques performantes dans des conditions de températures ou de p H drastiques. Ces succinoglycanes présentent en effet, des propriétés rhéolog ques comparables à celles de la gomme xanthane et sont en outre dotés d'une stabilité accrue, à la température, aux p H acides et basiques et dans des milieux fortement salins. Ce type de succinoglycanes s'avère donc un suppléant avantageux de la gomme xanthane dans des domaines industriels aussi variés que par exemple l'agrochimie, l'agro-alimentaire, l'industrie pétrolière et la cosmétique. Diverses applications industrielles des succinoglycanes ont déjà été décrites Toutefois, ces applications mettent en oeuvre uniquement des solutions aqueuses de succinoglycane et non des gels aqueux de succino- glycane Or, ce type de gel serait tout particulièrement intéressant pour ses capacités supérieures à titre d'agent suspensif et stabilisant tant en alimentaire qu'en cosmétique. Des gels de succinoglycanes sont décrits dans le brevet EP 251 638 mais il s'agit essentiellement de gels obtenus via la réticulation des succinoglycanes par des cations métalliques Ces cations métalliques demeurent dans le gel de succinoglycane final qui s'avère donc incompa- tible avec des applications en industrie alimentaire. La présente invention a précisément pour objet une nouvelle composi- tion dérivant d'un succinoglycane et qui possède plus particulièrement la faculté de conduire à des gels stables, dotés d'une parfaite innocuité et donc compatibles avec une utilisation en industries alimentaire et cosmétique. La présente invention a également trait à un procédé de préparation de cette composition. Enfin, un troisième objet de l'invention vise les applications de ladite composition. Plus précisément la présente invention se rapporte à une composition à base d'au moins un polysaccharide caractérisée en ce qu'elle dérive d'au moins un succinoglycane et en ce que ledit polysaccharide présente une teneur réduite en motifs dérivés des acides succinique et pyruvique ou de leurs sels par rapport au succinoglycane d'origine. De manière générale, la teneur du polysaccharide est réduite respectivement d'au moins 30 % en motifs dérivés de l'acide pyruvique et d'au moins 50 % en motifs succiniques par rapport au succinoglycane d'origine Plus particulièrement, la teneur du pclysaccharide en motifs pyruviques est de préférence réduite environ de 30 à 80 % et en motifs succiniques environ de 50 à 80 % par rapport au succinoglycane d'origine. De préférence la composition selon l'invention dérive d'un succino- glycane issu de la fermentation d'une souche de carbone assimilable par un microorganisme du genre Agrobacterium. Dans le cadre de la présente invention, il s'agit plus particulière- ment de la souche Agrobacterium tumefaciens I-736, un de ses recombinants ou un de ses mutants. La composition selon l'invention peut se présenter indifféremment sous la forme d'un gel aqueux ou sous la forme d'un solide de type fibres ou poudre, gélifiable en milieu aqueux. Dans ce dernier cas le gel est obtenu par simple dispersion de la composition sous une forme pulvérulente dans un solvant aqueux. La concentration de ce gel, objet de l'invention, en polysaccharide varie généralement entre environ 0,1 à environ 5 %, de préférence entre environ 0,2 et 1 % et plus particulièrement est proche de 0,3 %. La force de ce gel est bien entendu modulable selon la concentration et la nature du succinoglycane d'origine mis en oeuvre. Ce gel est stable dans une large gamme de p H et son p H peut être ajusté à la valeur souhaitée par simple ajout d'une base ou d'un acide convenable. Dans le cas particulier d'une composition selon l'invention dérivant d'un succinoglycane issu de la souche spécifique Agrobacterium tumefaciens I-736 le gel correspondant est un gel transparent. L'analyse chimique d'un gel issu de cette souche spécifique montre que pour un galactose on trouve environ 8,6 glucoses et seulement environ 0. 26 succinique et environ 0 32 pyruvique contre 0,8 succinique et 1 pyruvique pour le succinoglycane d'origine. La composition selon l'invention est susceptible d'être obtenue par simple hydrolyse acide ou enzymatique d'au moins un succinoglycane. Plus précisément/ la présente invention se rapporte également à un procédé de préparation de ladite composition caractérisé en ce au'il comprend: -l'acidification à un p H au moins inférieur à 1,5 d'une solu- tion aqueuse d'un succinoglycane d'origine, -la conservation, éventuellement Sous agitation, de cette solution acidifiée jusqu'à ce qu'elle atteigne ur seuz de visczsité minimale puis forme un gel et -la récupération de la composition. De préférence, l'acidification est réalisée avec une solution aqueuse concentrée d'un acide minéral. A titre d'acide minéral on peut plus particulièrement cité les acides chlorhydrique, sulfurique, nitrique et phosphorique De préfé- rence, il s'agit d'une solution aqueuse à 20 % en acide sulfurique. Des acides organiques peuvent également être utilisés mais il est clair qu'il est plus difficile d'atteindre avec ces derniers des p H très acides. De préférence, l'acide est ajouté à une solution aqueuse à environ 0,3 % en succinoglycane. Suite à l'acidification, la formation d'une composition selon l'invention passe toujours, au préalable, par une chute complète de la viscosité de la solution et, le cas échéant, la formation d'un précipité. La composition ne se forme qu'ultérieurement sous la forme d'un gel. La cinétique de formation du gel est liée à la force de l'acide utilisé, à sa concentration et à la température de stockage des solutions acidifiées de succinoglycane. Cette solution acide peut être stockée à une température comprise entre environ 20 et 800 C Toutefois un stockage à une température supé- rieure à 40 'C et inférieure à 600 C accélère considérablement le phénomène de gélification De préférence la solution est conservée à une tempéra- ture proche de 500 C. Le gel ainsi obtenu est stable à la température ambiante Son p H acide peut être réajusté au moyen d'une solution aqueuse basique convenable jusqu'à sa neutralité Quant à la force du gel, elle est également bien entendu modulable selon la nature et la concentration de l'acide utilisé. Les données figurant dans les exemples Ci-après mettent en évidence les influences de ces différents paramètres, température, nature et force de l'acide sur la cinétique de la formation et la force du gel Il est clair que l'homme de l'art est à même, à partir de ces données, d'obtenir par des expériences de routine le gel désiré. Bien entendu, il est tout à fait possible d'envisager l'emploi de ce gel acide directement à titre de gel détartrant acide. L'ajout de colorants et/ou de parfums ordinairement présents dans ce type de composition détergente peut se faire préalablement à la gélification de la solution de succinoglycane acidifiée c'est à dire au moment o sa viscosité atteint un seuil minimale. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention le procédé de préparation comprend en outre, lorsque le seuil de viscosité minimale est atteint et avant la formation du gel susbséquent, une étape de précipitation de ladite solution à l'aide d'un solvant organique, la récupération des fibres résultantes et éventuellement la purification de celles-çi. A titre de liquides organiques convenables selon la présente inven- tion on peut citer l'acétone, les alcools tels que l'éthanol, le propa- nol, l'isopropanol, le butanol, le tertio-butanol L'isopropanol est plus particulièrement préféré dans le cadre de la présente invention. Le volume de liquide organique utilisé est généralement 2 à 3 fois celui du volume de polysaccharide à traiter. La précipitation par un liquide organique peut également être réalisée en présence de sels tels que les sulfates, chlorures ou phos- phates de sodium, de potassium, ou de calcium. Cette précipitation est de préférence réalisée à la température de conservation de la solution acide et par ajout de cette solution de polysaccharide acide au liquide organique L'hétéropolysaccharide une fois précipité, peut ensuite être séparé du liquide organique par filtration, centrifugation ou essorage Les fibres résultantes ainsi isolées, peuvent être déshydratées par exemple au moyen d'un alcool ou de l'acétone Elles peuvent ensuite être séchées et broyées pour conduire à une composition selon l'invention sous forme de poudre ou encore remises en suspension en milieu aqueux pour obtenir une composition selon l'invention sous forme d'un gel. Le succinoglycane d'origine est préparé classiquement par culture de la souche choisie sur un milieu de fermentation approprié et dans des conditions de températures adéquates. En ce qui concerne plus particulièrement la préparation d'un succinoglycane à partir de la souche Agrobacterium tumefaciens I-736 elle a déjà été discutée de manière détaillée dans le brevet EP 351 303. La Demanderesse se contentera de rappeler çi-après certains points de ce procédé de préparation. Le succinoglycane correspondant est obtenu par culture de cette souche en présence d'une source de carbone assimilable de type glucose, saccharose ou hydrolysats d'amidon, d'une source organique azotée comme la caséine, les caséinates, les farines de végétaux, les extraits de levure ou le corn steap liquor (CSL), de sels minéraux tels les sulfates métalliques, phosphates ou carbonates et, éventuellement d'oligoéléments. Bien entendu, les différentes sources de carbone, d'azote et d'aci- des minéraux précisées çi-dessus sont fournies sans limitation de la portée de l'invention à ces composés spécifiques. De manière générale cette fermentation est réalisée à des pressions comprises entre 1 et 4 bars à une température comprise entre 25 et 350 C et dans des conditions aérobies submergées Le p H du milieu de fermentation est d'ordinaire compris entre 5 et 9 et de préférence entre 6 et 8 et peut être ajusté au cours de la fermentation. Le succinoglycane est ensuite isolé du moût de fermentation en réalisant successivement un traitement thermique du moût à un p H compris entre 6 et 8 puis une précipitation du succinoglycane au moyen d'un solvant organique et de préférence d'isopropanol Une fois séparé du moût, le succinoglycane est filtré, centrifugé, essoré et sèché Les fibres obtenues sont éventuellement broyées avant d'être utilisées pour la préparation d'une composition selon l'invention. La composition du type gel selon l'invention peut être appliquée avantageusement dans de nombreux domaines industriels. De part sa formulation originale gélifiée, elle est tout particulièrement intéressante en tant qu'agent épaississant, agent de suspension ou en tant qu'agent stabilisant de dispersions. Du fait de sa parfaite innocuité, elle peut être utilisée dans le domaine alimentaire, dans des formulations cosmétiques et pharmaceuti- ques Elle est bien entendu également appropriée pour des applications à caractère plus industriel, dans l'industrie des explosifs par exemple et pour la formulation de compositions détergentes type nettoyants ménagers ou industriels et de compositions lubrifiantes. Agrobacterium tumefaciens a été déposée conformément au Traité de Budapest, auprès de la Collection Nationale de Culture des Microorganismes (CNCM), le 1 er Mars 1988, o elle est publiquement accessible sous le N O I-736 Cette souche provient de la Collection Nationale de Bactéries Phytopathogène et est répertoriée sous le numéro CNBP 291 dans le catalogue 1974 de l'organisme curateur. Les exemples présentés ci-après permettront de mettre en évidence d'autres avantages et caractéristiques de l'invention sans toutefois en limiter la portée De façon générale et sauf indications contraires, les pourcentages et parties figurant çi-après sont définis en poids. EXEMPLE 1: Procédé de préparation du succinoglycane d'origine: On fait fermenter par une souche Agrobacterium tumefaciens I-736 un milieu renfermant (en g/l): CSL (corn steap liquor) 11 K 2 HPO 4 4 Mg SO 4, 7 H 20 0,5 Saccharose 25 Eau potable qsp 1 L Ce milieu est fermenté par ladite souche à une température de 28 C, dans une cuve de 20 litres BIOLAFFITE z contenant un volume utile de 15 litres. Le milieu est soumis à une agitation de 400 tours/min obtenue au moyen de mobiles de type RUSHTON 3. Le milieu est aéré sous un débit d'air de 825 1/h. Après 90 heures de fermentation, ce qui correspond à la consomra:ion totale ou quasi totale du saccharose, on obtient 66 % en poids d'hétéropolysaccharide défini par rapport au poids de saccharose mis en oeuvre. La viscosité du moût de fermentation, mesurée au moyen d'un viscosimètre Brookfield LVT X avec une aiguille cylindrique 4, à 30 tours/min est de 6 800 m Pa s. La récupération de l'hétéropolysaccharide est effectuée à partir de 2 Kg de ce moût qui sont traités thermiquement à 90 C pendant 30 min. Au moût ainsi traité sont ajoutés 2300 ml d'alcool isopropylique (IPA) La précipitation est effectuée en présence de 150 g de sulfate de sodium Les fibres issues de la précipitation sont ensuite déshydratées 2 fois en présence de 1200 ml d'IPA Les fibres sont alors essorées, dilacérées et séchées dans une étuve à 85 C La matière sèche récoltée est broyée et tamisée On obtient alors une poudre de succinoglycane de couleur crème qui est directement utilisée pour préparer le gel selon l'invention. EXEMPLE 2 Procédé de préparation d'une composition selon l'invention par hydrolyse acide d'un succinoglycane. 2,2 g de poudre obtenue selon l'exemple 1 sont au préalable hydratés dans 217,8 g d'eau La poudre est ajoutée dans l'eau qui est agitée au moyen d'une pale défloculeuse qui tourne à la vitesse de 600 tr min pendant 20 minutes Cette solution est ensuite maintenue au repos pendant 4 heures. On prélève 220 g d'une solution d'acide chlorhydrique à 20 % que l'on ajoute sous agitation aux 220 g de la solution hydratée précédente Ce mélange est versé dans un récipient hermétique qui est stocké dans une étuve maintenue à une température de 500 C Cette étuve est munie d'un système d'agitation par retournement et qui permet une répartition homogène de la température au sein de la solution Au bout de 48 heures, le mélange est sorti de l'étuve en vu de sa précipitation On mesure 900 ml d'alcool isopropylique que l'on verse dans un bécher muni d'une pale défloculeuse Le bécher est trempé dans un bain-marie à 500 C de façon à maintenir l'alcool à une température comprise entre 40 et 50 OC On verse goutte à goutte le mélange chaud et acide à base de polysaccharide dans l'alcool chaud sous agitation à 600 tr min Des fibres courtes et gonflées apparaissent au sein du mélange La suspension de fibres est Stée du bain-marie et l'agitation est maintenue pendant 20 minutes La suspension de fibres est filtrée sur un bchner muni d'un papier filtre. Les fibres sont repulpées dans un bécher contenant 400 ml d'alcool isopropylique sous agitation Les fibres sont séchées à basse température. Caractérisation Par analyse chimique des fibres on trouve pour un galactose 8,6 glucoses, contre seulement 0,26 succinique et 0,32 pyruvique Par simple dissolution dans l'eau et pour des concentrations comprises entre 0,1 et 1 % le produit forme un gel translucide. EXEMPLE 3: Variation des paramètres de préparation de la composition. La préparation décrite en exemple 2 a été repétée à différentes températures pour diverses concentrations en H Cl Le tableau I ci-après rend compte des résultats obtenus. TABLEAU I Température ACIDE VISCOSITES EN m Pa S I| I{ T 4 H T 7 J T 30 J T 90 J 1 380 500 408 340 C 3 368 462 412 408 400 362 220 |I I | i I GEL+TARD J I I J I I I J 5 I tI 464 336 320 238 C 3 434 342 264 146 I I I 1 I II 368 280 80 GEL I I i I 3 1 1 J O l JilGEL J I J I J l It J I I 60 J | I} 1 J 492 328 210 72 C 3 460 282 94 GEL I l l I Jt| 60 J { J 10 358 114 GEL J EXEMPLE 4: Influence de la nature de l'acide sur la cinétique de formation d'une composition selon l'invention. Des gels de polysaccharides ont été préparés conformément au procédé de l'exemple 2 en utilisant à titre d'acide, de l'acide sulfurique, ou phosphorique. Les résultats obtenus sont présentés en tableaux 2 et 3 Ils montrent que la formation d'un gel est également observée avec l'acide sulfurique et l'acide phosphorique. TABLEAU II CONCENTRATION EN ACIDE (%) TEMPERATURE ( C) TEMPS (JOURS) |J H 2504 DE STOCKAGE POUR FORMATION l J I | DE GELS 20 25 60 1 20 40 15 30 j{ 20 50 4 J{ 20 60 1 t I 10 40 30 10 50 15 TABLEAU III 1 i I I CONCENTRATION EN ACIDE (%) t TEMPERATURE ( C) J TEMPS (JOURSJ l PHOSPHORIQUE j DE STOCKAGE POUR FORMATON j i i 3 DE GELS I I I 40 80 I 50 J 60 I 20 I 60 l l1 EXEMPLE 5: Détermination de la force des gels. La force des gels qui s'évalue par la résistance du gel en fonction de la pénétration est déterminée à l'aide du pénétromètre STEVENS t avec une vitesse de pénétration égale à 0,5 mm/s. Les deux gels testés ont été préparés avec une température d'incubation de 50 C, l'un avec une solution d'acide chlorhydrique de 10 % et l'autre avec une solution d'acide sulfurique à 20 %. Dans les deux cas le gel testé dérive du succinoglycane issu de la souche spécifique Agrobactérium tumefaciens 1-736. Les résultats sont présentés dans le tableau IV. TABLEAU IV i l CONCENTRATION EN l FORCE à LA RUPTURE POLYSACCHARIDE l J 0,96 N 1 HCL I 1 % I I I III | 1,53 N 1 H 25041 0,3 % l I I II I I I l l l l l REVENDICATIONS 1 Composition à base d'au moins un polysaccharide caractérisée en ce qu'elle dérive d'au moins un succinoglycane et en ce que ledit polysaccharide y présente une teneur réduite en motifs dérivés des acides pyruvique et succinique ou de leurs sels par rapport au succinoglycane d'origine. 2 Composition selon la revendication 1 caractérisée en ce que la teneur du polysaccharide est réduite d'au moins 30 % en motifs dérivés de l'acide pyruvique et d'au moins 50 % en motifs dérivés de l'acide succinique par rapport au succinoglycane d'origine. 3 Composition selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que la teneur du polysaccharide en motifs pyruviques est de préférence réduite environ de 30 à 80 % et en motifs succiniques environ de 50 à 80 % par rapport au succinoglycane d'origine. 4 Composition selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que le succinoglycane d'origine est obtenu par fermentation d'un microorganisme du genre Agrobacteriumn. Composition selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que le succinoglycane d'origine est obtenu à partir de la souche Agrobacterium tumefaciens 1-736, un de ses recombinants ou de ses mutants. 6 Composition selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce qu'il s'agit d'un gel aqueux. 7 Composition selon la revendication 6 caractérisée en ce que la concentration du gel en polysaccharide varie entre environ 0,1 à environ %, de préférence entre environ 0,2 et 1 % et plus particulièrement est proche de 0,3 %. 8 Composition selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce qu'elle se présente sous la forme d'un solide de type fibres ou poudre, gélifiable en milieu aqueux. 9 Composition selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisée en ce qu'elle est susceptible d'être obtenue par hydrolyse acide ou enzymatique d'au moins un succinoglycane. Procédé de préparation d'une composition telle que définie à 'L'une quelconque des revendications 1 à 7 et 9 caractérisé en ce qu'il comprend: -l'acidification à un p H au moins inférieur à 1,5 d'une solu- tion aqueuse d'un succinoglycane d'origine, -la conservation, éventuellement sous agitation, de cette solution acidifiée jusqu'à ce qu'elle atteigne un seuil de viscosité minimale puis forme un gel et -la récupération de la composition. Il Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que l'acidification est réalisée de préférence à l'aide d'une soluior. aqueuse concentrée d'un acide minéral. 12 Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce que l'acide minéral est choisi de préférence parmi les acides chlorhydrique, sulfurique, nitrique et phosphorique. 13 Procédé selon la revendication 11 ou 12 caractérisé en ce au'il s'agit de préférence d'une solution d'acide sulfurique à 20 %. 14 Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 13 caractérisé en ce que la solution aqueuse de succinoglycane comprend environ 0,3 % de succinoglycane. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 14 caractérisé en ce que la solution acidifiée est conservée de préférence à une température comprise entre environ 200 C et 800 C. 16 Procédé selon la revendication 15 caractérisé en ce que la solution acidifiée est conservée de préférence à une température comprise entre 400 et 60 'C, et de préférence proche de 500 C. 17 Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 16 pour la préparation d'une composition sous une forme solide selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comprend en outre, lorsque le seuil de viscosité minimale est atteint et avant la formation du gel susbséquent, une étape de précipitation de ladite solution à l'aide d'un solvant organique, la récupération des fibres résultantes et éventuellement la purification de celles-çi. 18 Procédé selon la revendication 17 caractérisé en ce que le solvant organique est de préférence l'isopropanol. 19 Procédé selon la revendication 17 ou 18 caractérisé en ce que la précipitation est réalisée à la température de la solution de polysaccharide acide et par ajout de celle-çi au liquide organique. Procédé selon la revendication 17, 18 ou 19 en vue de préparer un gel par hydrolyse de la composition solide ainsi obtenue. 21 Application d'une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 à titre d'agent de suspension, d'agent épaississant et/ou d'agent stabilisant de dispersion. 22 Application d'une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans les industries pétrolière, agrochimique, alimentaire, cosmétique, des explosifs ainsi que dans les compositions lubrifiantes, les nettoyants ménagers ou industriels.