Brevet FR2687682A1 — publié le 19930827

La présente invention concerne un procédé de préparation d'une gélatine pour émulsions photographiques et la gélatine obtenue. Les gélatines inertes c'est-à-dire à faible taux d'éléments retardateurs et sensibilisateurs, sont très utilisées pour la préparation des émulsions photographiques. C'est généralement par un traitement oxydant qu'est modifié le taux de substances actives présentes dans la gélatine et particulièrement le taux des substances soufrées et réductrices, qui selon les formules d'émulsion peuvent avoir un rôle retardateur, désensibilisateur, ou sont des agents voilants. L'oxydation de la gélatine a aussi pour avantage d'améliorer sa qualité bactériologique et elle a souvent été préconisée dans ce but. Différentes revues décrivent les conséquences de, l'oxydation de la gélatine, dont celle de F J Moll The Journal of Photographic Science, Vol 37 ( 1989) p 14-18; au cours de la dernière réunion de la Royal Photographic Society Gelatin Symposium (Cambridge) 16 Sept 1991, ce sujet a aussi été traité. 2 - Par ailleurs, l'importance de la méthionine, aminoacide constitutif de la gélatine, a été soulignée à plusieurs reprises; dans EP-A-0423840 et US 4,914,014, notamment, on recommande d'utiliser des gélatines ayant une concentration en méthionine inférieure à 30 micromoles par gramme ou de préférence inférieure à 12 pm/g ou même moins, pour obtenir des grains d'halogénures d'argent de type tabulaire, avec un rapport surface sur épaisseur élevé; de telles gélatines sont d'après ces documents obtenues par oxydation, par exemple avec de l'eau oxygénée, des gélatines commerciales. Par contre, d'autres spécialistes dont J Pouradier et Coll dans J of Photographic Science 16 mars-avril 1968 p 68-69, ont indiqué que la présence de méthionine serait avantageuse dans les émulsions contenant des sels d'or, dont l'intérêt est bien connu en sensibilisation. Par ailleurs, il est intéressant pour l'utilisateur, le fabricant d'émulsions, d'avoir la liberté de modifier selon ses besoins le taux de méthionine par oxydation ou par alkylation, par exemple. Il serait donc souhaitable d'obtenir, de façon reproductible malgré la variabilité des matières premières naturelles, sources de la gélatine, un produit inerte, de bonne qualité bactériologique, qui comporte pourtant un certain taux de méthionine Le procédé selon l'invention permet de préparer une telle qualité de gélatine par un contrôle des conditions oxydo-réductrices en cours de fabrication. 3 - On sait que la gélatine préparée par un traitement basique des os, tel qu'un chaulage, est préférée à celle obtenue par un traitement acide, notamment des peaux Certains auteurs, dont P Glafkides dans Chimie et Physique photographiques p 429 Ed Usine Nouvelle, 5 ème Ed ( 1987), ont même écrit que la gélatine préparée à partir d'os durs longuement chaulés est naturellement plus inerte que la gélatine inactivée, par exemple par oxydation. La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une gélatine inerte et qui comprend de 6000 à 8500 ppm de méthionine, dont moins de 20 % jo est sous forme oxydée; ce procédé met en oeuvre, mais dans des conditions oxydo-réductrices contrôlées, les étapes classiques de déminéralisation des os sous l'action d'un acide, puis de transformation et purification du collagène par traitement de l'osséine résiduelle avec une solution d'hydroxyde de calcium, avant l'extraction de la gélatine dans de l'eau. On peut se référer à l'ouvrage de A G Ward et A Courts intitulé The Science and Technology of Gelatin Food Science and Technology - p 295-364 Ed Academic Press, qui traite de ces procédés classiques ainsi qu'à celui de Arthur Veis: The macromolecular Chemistry of gelatin ( 1964) Academic Press. 4 - Ainsi, selon l'invention, le procédé d'obtention émulsions photographiques, inerte et dont le taux de entre 6000 et 8000 ppm, moins de 20 % en poids de la sous forme oxydée, consiste à: d'une gélatine pour méthionine est compris dite méthionine étant 1) traiter les os dégraissés par une solution aqueuse d'un acide solubiliser les substances minérales, et obtenir l'osséine. pour 2) maintenir l'osséine obtenue, pendant plusieurs semaines, à une température comprise entre 100 C et 250 C, dans une solution aqueuse sursaturée d'hydroxyde de calcium, pour transformer le collagéne. 3) extraire avec de l'eau chaude, la gélatine par traitement de l'osséine ainsi traitée et neutralisée. 4) et concentrer la solution de gélatine obtenue puis gélifier et sécher la gélatine, en controlant le pouvoir oxydo-réducteur des milieux lors des étapes de traitement basique et d'extraction. Par forme oxydée, on entend le sulfoxyde et la sulfone correspondants ô; la sulfone, toujours en moindre proportion, constitue en général au plus 10 % des 2 oxydes et mieux moins de 3 % en poids. On sait qu'une gélatine est considérée comme inerte lorsqu'elle notamment moins de 10 ppm de cystéine, moins de 5 ppm de fer, ppm de résidus d'acide nucléique et moins de 2 soufre/thiosulfate; ces concentrations étant mesurées par les classiques de l'association japonaise: Photography and Gelatin (P.A G I), publiées régulièrement ( 4 ème édition 1987). contient moins de ppm de méthodes Industry - On controle le pouvoir oxydo-réducteur au cours des différentes étapes essentiellement en ajoutant, selon les besoins des agents oxydants et éventuellement lors de l'extraction finale, des agents réducteurs La quantité d'agent oxydant ou réducteur à ajouter est déterminée par l'homme du métier par des essais préalables; il importe de souligner que l'eau utilisée dans les différentes étapes est un facteur important dans ce controle du pouvoir oxydo-réducteur et que pour assurer la reproductibilité des différents lots de fabrication, il importera de faire un dosage iodométrique classique sur l'eau qui sera utilisée pour éventuellement ajuster son pouvoir oxydo-réducteur, afin de le maintenir constant, d'une opération à l'autre. En général, on ne réajuste le pouvoir oxydant des milieux que vers la fin de l'étape correspondante. Ainsi lors du traitement basique à la chaux des os déminéralisés, on introduit dans les milieux quelque jours avant la fin, entre 1 et 3 semaines suivant la durée du traitement, un agent oxydant tel qu'un hypochlorite alcalin ou alcalino-terreux à raison de 0,5 à 15 mmole par litre de milieu. Lors des lavages de l'osséine, avant extraction de la gélatine, lorsque le p H des eaux de lavage est inférieur à 9, on introduit dans l'eau de lavage un agent oxydant à raison de 0,1 à 10 mole/litre. -6- Enfin, Si un essai préalable a montré la nécessité pour obtenir les taux de méthionine et de ses oxydes désirés d'intervenir lors de l'extraction en introduisant un agent oxydant ou réducteur dans les bouillons de gélatine avant leur concentration, l'homme du métier déterminera par quelques essais préalables la quantité et le type d'agent à ajouter à ce stade, que ce soit de l'eau oxygénée, un hypochlorite, un peracide ou un sulfite ou métabisulfite En général, on ne dépassera pas une concentration de 1 mmole/litre. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention implique l'utilisation d'une méthode de dosage reproductible et sensible de la méthionine et de ses deux oxydes, présents dans la gélatine La méthode utilisée est adaptée de celle décrite dans Analytical Biochemistry 149 521-528 ( 1985), et mentionnée par Takehiro Tani lors de sa communication à la Royal Photographic Society ( 16 Sept 1991 Cambridge), dans laquelle il traitait de certaines propriétés de la gélatine oxydée. Cette méthode consiste à hydrolyser la gélatine par action d'une solution aqueuse d'acide para-toluènesulfonique, avant de séparer par HPLC et doser les acides aminés libérés dans un appareil analyseur d'acides aminés, commercial, par exemple celui de marque Biotronik, commercialisé en France par la société B Braun Sciencetec, sous la réfénce LC 5000 Dans un tel appareil, les acides aminés sont séparés de façon classique, par chromatographie sur une colonne de résine échangeuse de cations en éluant avec les solutions généralement préconisées par le fabricant mais de préférence celles conseillées pour les milieux physiologiques souvent complexes. 7 - On peut ainsi utiliser comme éluants, une solution aqueuse contenant par litre 9, 4 g de citrate de lithium, 4 H 20 avec 7,4 g d'acide citrique, H 20 et ml de méthanol, le p H étant ajusté vers 2,3 par addition de 5,5 ml environ de solution aqueuse d'acide chlorhydrique à 37 % ainsi qu'une solution de 16,9 g de citrate de lithium, 4 H 20 avec 1,8 g d'acide citrique, H 20 par litre dont le p H a été ajusté vers 3,2 par addition d'environ 8 ml de solution aqueuse d'acide chlorhydrique à 37 %; l'utilisation de sels de lithium au lieu des sels de sodium, plus courants, permet une meilleure séparation de la méthionine et de ses oxydes. Comme la gélatine contient de fortes quantités de proline et d'hydroxyproline qui pourraient interférer, on préfère utiliser pour détecter la méthionine et ses oxydes en sortie de la colonne de chromatographie, la dérivation à l'o- phtalaldéhyde et doser le dérivé isoindole obtenu par fluorimétrie plutôt que la dérivation à la ninhydrine Ces 2 techniques de révélation des amines primaires sont bien connues et décrites par exemple dans Spectra 11 ( 87)p 31- 35 - août-septembre 1983. Dans le procédé selon l'invention, de façon classique, la première étape de déminéralisation acide de l'os qui permet notamment d'éliminer le phosphate de calcium de l'os consiste à mettre les os broyés en suspension dans une solution aqueuse d'acide dilué, en général d'acide chlorhydrique, à la concentration de 30 à 60 g/l à une température comprise entre la température ambiante, c'est à dire de 200 C à 250 C et 50 C, de préférence entre 50 C et 150 C la solution aqueuse peut contenir du phosphate monocalcique provenant des extractions précédentes dans le cadre d'un procédé à contre-courant. 8 - L'osséine isolée par décantation de la solution acide et, de préférence, lavée avec une solution aqueuse faiblement alcaline contenant en général moins de 5 g/l d'hydroxyde alcalin ou alcalino terreux, est ensuite immergée dans une solution aqueuse alcaline pendant plusieurs semaines à une température comprise entre 100 C et la température ambiante, au cours desquelles le collagène sera transformé pour pouvoir donner de la gélatine et des produits secondaires tels que graisses, mucopolysaccharides et certaines protéines passeront en solution; le procédé selon l'invention implique l'utilisation comme agent alcalin de l'hydroxyde de calcium à la concentration habituelle de 20 à 60 g/l; la phase aqueuse est renouvelée plusieurs fois, en général tous les 8 à 15 jours pour permettre d'éliminer l'ensemble des dérivés secondaires, passés en solution. La durée du traitement sera comprise entre 1 et 4 mois, elle dépendra notamment de la matière première de départ, de la concentration en hydroxyde de calcium et de la température; on préfère une durée supérieure à 3 mois pour obtenir une gélatine d'excellente qualité. Pour cette étape, selon l'invention, on contrôle le pouvoir oxydoréducteur du milieu en introduisant, de 10 à 20 jours avant la fin du traitement, dans le milieu alcalin, une solution aqueuse de l'hypochlorite de calcium pour obtenir une concentration de 0,5 à 1,5 mmole par litre, on peut aussi introduire de l'hypochlorite de sodium. Après élimination de la dernière solution alcaline, l'osséine spongieuse est lavée dans le matériel habituel, avec de l'eau puis avec des solutions aqueuses acides, contenant 0,2 à 0,5 moles/litre d'un acide minéral tel que l'acide chlorhydrique, nitrique ou sulfurique ou d'un acide organique tel que l'acide acétique ou lactique, pour neutraliser l'hydroxyde résiduel; la dernière eau de lavage a généralement un p H compris entre 6 et 8,5. Pour cette étape, selon l'invention, on contrôle l'oxydoréduction en introduisant de 2 à 4 heures avant la fin du dernier bain de lavage un agent oxydant, tel que de l'eau oxygénée à raison de 0,1 à 1 mmole par kilo d'os mis en oeuvre; on peut aussi introduire un peracide tel que l'acide paracétique. 9 - La gélatine est ensuite extraite de la masse d'osséine dans de l'eau chaude, à une température comprise entre 50 C et 85 C. La première extraction est de façon classique faite entre 50 C et 60 C; à chaque extraction, on augmente ensuite la température de 5 10 C On peut utiliser de 100 à 300 1 d'eau pour 100 kg d'os de départ à chaque extraction et maintenir le contact entre les phases solide et liquide jusqu'à ce que la concentration en gélatine de la solution soit comprise entre 30 g/l et 80 g/l Une première extraction de la gélatine est effectuée à 60 C avec 1 d'eau pour 100 kg d'os de départ, soutenant 0,1 mmole/1 d'hypochlorite de sodium; on obtient ainsi une gélatine contenant moins de 20 mg/kg de sulfone moins de 800 mg/kg de sulfoxyde et environ 7000 mg/kg de méthionine par contre, si lors de la première extraction l'eau contient 20 mmole/l d'hypochlorite de sodium on obtient une gélatine ayant environ 6000 à 6500 mg/kg de méthionine et moins de 50 mg/kg de sulfone moins de 1500 mg/kg à 2000 mg/kg de sulfoxyde; enfin si lors de la première extraction l'eau contient 0,1 mmole/1 d'anhydride sulfureux, on obtient une gélatine contenant de 7500 à 8000 mg/kg de méthionine et moins de 10 mg/kg de sulfone moins de 250 mg/kg de sulfoxyde. Les solutions aqueuses de gélatine extraite, maintenues à une température comprise entre 450 C et 600 C sont ensuite, de façon classique, filtrées sur un agent de filtration, comme des terres de diatomées, ou en filtre presse puis concentrées dans l'un des évaporateurs à vide généralement utilisés dans ce domaine, comme ceux commercialisés par Wiegand (DE) ou Luwa (CH) de type à flux descendant) jusqu'à une concentration de 20 à 45 g/100 ml. En général, on ajuste alors le PH de la solution à une valeur comprise entre 5,5 et 6 par addition d'une solution d'un acide minéral et éventuellement organique et on stérilise la solution en la portant durant 5 à 10 secondes à une température comprise entre 140 Oc et 150 'c La solution concentrée est alors refroidie progressivement jusqu'à gélification dans une chambre à double enveloppe, réfrigérée par circulation. Enfin, la solution gélifiée est extrudée en filaments et séchée à une température allant de 300 c à 750 c en fin d'opération Un broyage final peut alors être effectué. -11 - REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'une gélatine pour émulsions photographiques, inerte, comportant de 6000 à 8000 ppm de méthionine, dont moins de 20 % est sous forme oxydée, qui consiste: a à déminéraliser les os par action d'un acide, b à traiter l'os déminéralisé par une solution aqueuse sursaturée d'hydroxyde de calcium pendant plusieurs semaines, à une température comprise entre 101 c et 250 c. c à extraire dans l'eau chaude la gélatine de l'osseine ainsi traitée et neutralisée, et d à concentrer le bouillon de gélatine obtenu puis à gélifier et sécher la gélatine caractérisée en ce que le pouvoir oxydo-réducteur des milieux de traitement et d'extraction est contrôlé. 2 Procédé selon la revendication l caractérisé en ce qu'on introduit vers la fin du traitement basique un hypochlorite alcalin dans le milieu à raison de 0,5 à 15 mole/litre de milieu. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'on introduit à la fin la neutralisation de l'osséine traitée un agent oxydant dans l'eau de lavage, à raison de 0,1 à 10 mole/litre de milieu. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'avant la concentration du bouillon de gélatine on introduit dans le milieu un agent oxydant ou réducteur pour obtenir les taux de méthionine et de ses oxydes désirés.