Brevet FR2702161A1 — publié le 19940909

Procédé pour éLiminer d'un mélange au moins un composé organique gênant, utilisable en particulier pour le traitement d'extraits naturels. La présente invention a pour objet un procédé pour éLiminer d'un méLange au moins un composé organique gênant, et elle s'applique en particulier au traitement d'extraits naturels. Certains extraits naturels obtenus à partir des plantes présentent des propriétés intéressantes pour diverses applications, par exemple en pharmacie, en parfumerie, en cosmétique, en diététique ou en alimentation, mais ces extraits contiennent parfois des produits indésirables ou toxiques qu'il est nécessaire d'éliminer. On peut effectuer cette élimination par les techniques connues de séparation par distillation ou par chromatographie Toutefois, les techniques de distillation sont difficiles à mettre en oeuvre sur des mélanges très complexes comportant des produits instables, ayant des températures d'ébullition proches Les techniques de chromatographie sont largement répandues dans les laboratoires d'analyse et de production, mais elles deviennent de plus en plus complexes, notamment en ce qui concerne le choix des phases et des solvants lorsque les produits à séparer sont proches en conformation De plus, des pertes de produit sont à prévoir, ce qui peut être gênant dans le cas de produits à haute valeur ajoutée. Une autre possibilité d'élimination de ces produits indésirables est d'utiliser des sources photoniques pour les détruire "in situ" dans un mélange, dans le cas o ces produits possèdent une bande d'absorption propre Les sources lumineuses utilisables dans l'ultraviolet et le visible, comme les lampes à deutérium ou à xénon, possèdent toutefois une forte divergence et une bande passante (en lon-5 gueur d'onde) trop large pour obtenir la sélectivité voulue dans le cas d'un mélange complexe L'utilisa- tion de filtre pour obtenir une bande passante plus étroite ne convient pas car elle conduit à une perte d'énergie trop importante pour détruire les produits à éliminer. La présente invention a précisément pour objet un procédé pour éLiminer d'un mélange au moins un composé organique gênant au moyen d'une source photonique constituée par un laser.15 Selon l'invention, Le procédé pour éliminer d'un mélange au moins un composé organique gênant, consiste à soumettre le mélange à une irradiation au moyen d'un faisceau laser dont la longueur d'onde correspond à une bande d'absorption du(des) composé(s)20 gênant(s) pour transformer ce(s) composé(s) en compo- sé(s) non gênant(s) et/ou facilement séparable(s) du mélange. De préférence, on utilise un laser pu Lsé. Dans ce procédé, l'utilisation d'un laser permet d'obtenir, dans le cas de mélanges complexes, une bonne sélectivité et une cinétique de destruction rapide du ou des composés gênants. En effet, de par ses propriétés de cohérence spatiale et temporelle, le laser permet d'assurer une faible divergence et une émission caractérisée par une bande spectrale étroite, accordable de l'ultraviolet à l'infrarouge, en passant par le visible, avec des puissances élevées atteignant plusieurs MW/cm 2.35 De la sorte, en choisissant un laser ayant la longueur d'onde *voulue correspondant à une bande d'absorption isolée du ou des composés gênants, on peut obtenir par photolyse leur transformation en composé(s) non gênant(s) et/ou en composé(s) faci Le(s) à séparer du mélange Aussi, on peut séparer ensuite le(s) composé(s) obtenu(s) par irradiation du(des) composés gênants par des techniques simples telles que l'évaporation. Les composés gênants que l'on peut éliminer par ce procédé, sont donc des composés organiques susceptibles de subir des transformations chimiques irréversibles par absorption d'un rayonnement appro- prié Ces transformations peuvent consister en une isomérisation ou en une décomposition en plusieurs mo Lécules. A titre d'exemples de composés présentant ces propriétés, on peut citer les composés carbonylés tels que les cétones, qui sont des composés capables de perdre leur groupe C=O en donnant des hydrocarbures. Un exemple de composé carbonylé gênant, est celui de la thujone car c'est un composé neurotoxique que l'on trouve notamment à des taux importants sous les formes cis et trans dans les extraits hexaniques de sauge (Salvia officinalis L) qui possèdent par ailleurs des propriétés anti- oxydantes intéressantes. La photolyse de ces thujones cis et trans donne quantitativement des hydrocarbures selon le schéma réactionnel suivant: et R V) C et cis trans Cette réaction de photolyse est intéressante car les hydrocarbures insaturés produits ne sont pas des composés gênants; de plus, ils peuvent être séparés aisément de l'extrait par évaporation. L'extrait de sauge contient par ailleurs du camphre sans intérêt spécial, et qui n'est pas gênant; ce composé possède le même spectre d'absorption que la thujone Aussi, le camphre sera transformé lui aussi par photolyse en hydrocarbure conformément au schéma réactionnel suivant: t V et \OI Un autre exemple de composés organiques susceptibles d'être traités par le procédé de l'invention est celui des phycobilisomes. Les phycobilisomes sont des agrégats de phycobiliprotéines qui peuvent se décomposer en trois classes: les phycoérythrines ( 84 %), les phycocyanines ( 11 %) et les allophycocyanines ( 5 %). Ils peuvent être utilisés comme marqueurs fluorescents en immunologie o ils permettent la mise en évidence d'un marqueur antigénique dans une préparation cellulaire ou une coupe histologique par l'association d'un anticorps spécifique Les phycobilisomes présentent de nombreux avantages (notamment par rapport à la fluorescéine habituellement utilisée): forts coefficients d'absorption dans une large bande spectrale, rendement quantique élevé, fluorescence constante dans une large bande de p H, rendement de fluorescence plus élevé, forte solubilité dans l'eau, fluorescence dans la région rouge orangé- (région d'interférence minimale avec les autres composés biologiques). Cependant en raison de leur grande similitude chimique, la purification de ces phycobiliprotéines ainsi que leur séparation par des procédés classiques posent plusieurs problèmes: nécessité de nombreuses étapes de chromatographie, perte de produits lors de celle- ci et obtention de composés non parfaitement purs. Aussi, le procédé de l'invention est très intéressant dans le cas de ces composés car il permet de les purifier efficacement en choisissant une longueur d'onde appropriée pour détruire sélectivement certains constituants de ces phycobilisomes. Pour mettre en oeuvre le procédé de l'inven- tion, on dissout ou on dilue généralement le mélange dans un solvant approprié avant de soumettre celui-ci à l'irradiation par le faisceau laser. En effet, la dissolution ou dilution du mélange dans un solvant permet d'ajuster la concentra- tion du mélange à une concentration optimale pour l'opération d 'irradiation Il est aussi possible de travailler directement (sans dilution) sur le mélange. Les solvants utilisés peuvent être de différents types et ils sont choisis de façon à former une phase liquide homogène avec le mélange dans les conditions d'irradiation Ces solvants peuvent être des solvants polaires ou apolaires. A titre d'exemples de solvants organiques utilisables, on peut citer les alcools et en particu- lier l'éthanol. Lorsque les bandes d'absorption des diffé- rents constituants du mélange sont très proches,- comme c'est le cas par exemple avec les phycobilisomes, on utilise un laser de longueur d'onde la plus appropriée correspondant à un flanc du pic d'absorption de l'éLément gênant pour obtenir la meilleure sélectivité. Pour augmenter encore cette sélectivité, on peut réaliser l'irradiation à une température inférieure à la température ambiante afin de mieux séparer les pics d'absorption des constituants du mélange. Toutefois, on ne peut opérer à des tempéra- tures inférieures à la température de solidification du mélange soumis à l'irradiation Lorsque celui- ci est dissous ou dilué dans un solvant, on opère généralement à des températures supérieures de 5 à 10 C à la température de solidification du solvant. Le procédé de l'invention est donc très intéressant car il ne nécessite pas l'adjonction de réactifs chimiques pour éliminer les composés organiques gênants et il permet d'assurer l'élimina- tion complète de ces composés. Pour suivre cette élimination, on peut utiliser des techniques d'analyse classique telles que la chromatographie pour qualifier et quantifier l'état du mélange. Une manière plus simple de suivre cette élimination est d'effectuer une mesure en continu de l'énergie du faisceau laser, après irradiation du mélange Dans ce but, on peut réaliser l'irradiation du mélange en mettant celui-ci en circulation dans une cuve d'irradiation traversée par le faisceau laser et contrôler l'élimination10 du(des) composées) gênant(s) en mesurant l'énergie du faisceau laser ayant traversé la cuve d'irradiation. En effet, au début de l'irradiation, le faisceau laser est très absorbé par le mélange qui contient le composé gênant Au fur et à mesure de la destruction de ce composé, le faisceau est moins absorbé et son énergie, mesurée après la cuve d'irra- diation, augmente En fin d'opération, lorsque le composé gênant a été complètement éliminé du mélange, l'énergie du faisceau laser ayant traversé la cuve d'irradiation, est pratiquement identique à l'énergie du faisceau avant son entrée dans la cuve d'irradia- tion. Les lasers utilisés pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention sont choisis en fonction de la nature du composé à éliminer de façon à présen- ter une longueur d'onde correspondant à un pic d'absorption de ce composé. On peut utiliser en particulier des lasers à excimères ou des lasers à colorant pompés par des lasers à excimères ou autres (dans les 2 cas, il s'agit de lasers pulsés). Le procédé de l'invention peut être utilisé en particulier pour éliminer des éléments gênants par leur toxicité, leur instabilité ou leur odeur, dans des mélanges naturels ou provenant de réactions chimiques, dans des domaines très divers tels que la pharmacie, la cosmétique, la diététique et l'alimentation Ce procédé est particulièrement intéressant dans le cas o la séparation physicochimique du composé gênant est difficile et/ou les constituants du mélange sont trop fragiles. En parfumerie, on peut par exemple utiliser ce procédé pour éliminer d'un extrait d'arômes des produits ayant une odeur gênante et modifier ainsi la note olfactive de l'extrait. Des exemples d'extraits naturels suscepti- bles d'être traités par le procédé de l'invention sont les extraits de sauge, l'huile de sassafras, l'extrait de tagètes, l'essence de bergamote, et les extraits d'algues ou de pigments, par exemple de phycobilisomes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront mieux à la lecture de la description qui suit,donnée bien entendu à titre illustratif et non limitatif, en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 représente de façon schémati- que une installation pour l'irradiation d'un mélange par un faisceau laser, conformément au procédé de l'invention, les figures 2 et 3 sont des chromatogram- mes d'une solution de thujones, obtenus respectivement avant et après irradiation, les figures 4 et 5 sont des chromatogram- mes d'extrait de sauge obtenus respectivement avant et apres irradiation, la figure 6 représente les spectres d'absorption de l'extrait de sauge, avant irradiation et après irradiation à 308 nm, la figure 7 illustre les formules de la phycoérythrine et de la phycocyanine, la figure 8 représente les spectres d'absorption des phycobilisomes, et la figure 9 représente les spectres d'absorption d'un mélange de phycocyanine et de phycoérythrine avant et après irradiation à 620 nm. Dans les exemples 1 et 2 qui suivent, on met en oeuvre le procédé de l'invention pour éLiminer les thujones en utilisant un laser pu Lsé à excimères Xe CL (type Lambda Physics: EMG 102) ayant les caractéristiques suivantes: longueur d'onde: 308 nm, énergie: 100 m J, durée de l'impu Lsation laser: 20 ns, et fréquence du laser: 50 Hz. Exemp Le 1: Elimination des thuiones en solution alcoolique. Le spectre ultraviolet des thujones alpha et bêta a montré que la bande d'absorption caractéris- tique des carbonyles se situait vers 300 nm, ce qui permet l'utilisation directe du laser à excimères Xe CL émettant à 308 nm. Pour vérifier la possibilité de détruire ces thujones par irradiation, on utilise l'installa- tion représentée sur la figure 1. Cette installation comprend une cuve d'irra- diation ( 1) à circulation dans laquelle on introduit une solution des thujones dans l'éthanol, une source laser ( 3) émettant un faisceau laser ( 4) traversant la cuve ( 1) et un wattmètre ( 5) pour mesurer l'énergie du faisceau laser ayant traversé la cuve. Dans cet exemple, le parcours optique du faisceau dans la cuve est de 1 cm, et on utilise 2 ml de solution éthanolique contenant 10 % en vol. de thujones. On irradie cette solution pendant 20 min dans les conditions ambiantes, sans système réfrigé- rant, soit à une température de 30 à 40 C. On analyse ensuite la solution par chromato- graphie en phase gazeuse sur une colonne DB 1 (polydiméthylsilane) de 30 m de longueur et de 0,25 mm de diamètre, en utilisant comme gaz vecteur l'hydrogène, avec un programme en température de C (isotherme pendant 2 min), puis une augmentation de 4 C/min jusqu'à 280 C Le mélange est injecté dans la colonne à une température de 240 C et le chromatogramme est obtenu avec un détecteur à ionisation de flamme à 250 C. On effectue la même analyse sur la solution avant irradiation. Sur la figure 2, on a représenté le chroma- togramme obtenu avant irradiation o l'on remarque les deux pics correspondant respectivement à la thujone bêta ( 10 837) et à la thujone alpha ( 11 220). Sur la figure 3, on a représenté le chroma- togramme obtenu après irradiation de la solution. Sur ce chromatogramme, les pics correspondant aux thujones ont disparu En revanche, on observe de nouveaux pics qui correspondent à l'apparition des hydrocarbures provenant de la dégradation des thujones dont les masses moléculaires sont de 124. L'élimination des thujones est également confirmée par spectrométrie de masse. Exemple 2: Elimination des thuiones et du camphre dans un extrait de sauge. On dilue l'extrait de sauge dans de l'étha- nol pour obtenir une solution à 10 % d'extrait de sauge et on soumet 2 m L de cette solution à une irradiation en uti Lisant Le même Laser et Les mêmes conditions que ce L Les de L'exemple 1 On transforme ainsi toutes les thujones présentes dans L'extrait en hydrocarbures et on détruit également le camphre présent dans l'échantillon. On vérifie l'élimination des thujones et du camphre par chromatographie gazeuse comme dans l'exemple 1. Sur la figure 4, on a représenté le chromatogramme de l'extrait alcoolique de sauge avant irradiation, et L'on remarque sur ce chromatogramme les pics correspondant aux thujones alpha, bêta et au camphre. Sur la figure 5, on a représenté le chromatogramme de l'extrait de sauge après irradiation et l'on remarque que ce chromatogramme ne comporte plus les pics correspondant aux thujones et au camphre mais on observe des pics correspondant aux hydrocarbu- res ayant une masse mo Léculaire de 124 qui sont les produits de dégradation des thujones et du cam- phre. Cette élimination des thujones et du camphre est également confirmée par spectrométrie de masse. Sur la figure 6, on a représenté les spec- tres d'absorption de l'extrait de sauge, avant et après irradiation Ces spectres ont été obtenus sur un spectrophotomètre Cary 1 en utilisant la même cuve que celle utilisée lors de l'irradiation laser. Sur la figure 6, on remarque que le spectre d'absorption après irradiation (A+C) est plus restreint que le spectre d'absorption avant irradiation (A+B) et qu'il ne comporte plus d'absorption après 280 nm, les thujones et le camphre ont donc bien été éliminés. Après transformation des thujones et du camphre, on élimine tous les hydrocarbures légers issus de ces transformations par évaporation sous vide à 50 C sous 50 k Pa ( 0,Sbar). Ainsi, le procédé de l'invention qui comprend simplement les étapes successives de photolyse par faisceau laser et d'évaporation sous pression réduite, a permis de supprimer les thujones et le camphre de l'extrait de sauge sans aucun ajout de réactif en n'effectuant qu'une simple dilution dans l'alcoo L. Les exemples 3 et 4 qui suivent illustrent- l'utilisation du procédé de l'invention pour éliminer la phycoérythrine ou la phycocyanine en utilisant un laser pulsé à excimères Xe CL (type Lambda Physics: EMG 102) qui pompe un laser à colorant (type Lambda Physics: FL 2002) ayant les caractéristiques suivantes: longueur d'onde: 620 nm (Rhodamine 101, plage d'utilisation 620-700 nm) ou 490 nm (Coumarine 102, plage d'utilisation 460-520 nm). énergie: 20 mj durée de l'impulsion laser: 20 ns, et fréquence du laser: 120 Hz. La figure 7 illustre les formules des phycoérythrines et des phycocyanines qui sont généralement liées à des peptides par l'intermédiaire des atomes de soufre de résidus Cys, comme il est représenté sur cette figure. La figure 8 représente les spectres d'absorption de ces différents composés appartenant à la classe des phycobilisomes. Sur cette figure, le spectre en trait plein se rapporte à la phycoérythrine (PE) et il présente deux maxima d'absorption vers 545 et 565 nm. Le spectre en pointillés se rapporte à La phycocyanine (PC) et il présente deux maxima d'absorption vers 555 et 620 nm. Le spectre en traits mixtes se rapporte à l'allophycocyanine (APC) et il présente un maximum d'absorption vers 650 nm. Ainsi, par irradiation de ces composés à des longueurs d'onde appropriées correspondant à leurs bandes d'absorption, on peut les transformer en composés organiques de masse mo Léculaire plus faible. Exemple 3: Destruction sélective de la phycoérythrine (PE) en présence de phycocyanine (PC). Pour réaliser cette destruction, on utilise le laser à Coumarine 102 à 470 nm, et on opère comme dans l'exemple 1 en utilisant une solution d'hydrogénophosphate contenant 20 % en volume d'un mélange PE-PC. Le choix de la longueur d'onde est complexe car l'irradiation à 545 nm (maximum d'absorption de la PE) n'est pas sélective puisque la PC absorbe aussi fortement Le choix de la longueur d'onde ( 470 nm) s'explique donc par le fait que la PE présente un épaulement important à cette longueur d'onde tandis que la PC absorbe peu Les différents essais d'irradiation (entre 470 et 500 nm) ont montré qu'il n'était pas possible de détruire la PE sans toucher aussi à la PC, par contre il est possible de détruire 2 fois plus de PE que de PC en travaillant à cette longueur d'onde particulière. Ce cas précis montre l'importance d'avoir des produits avec des spectres d'absorption bien distincts Toutefois, Il est aussi possible dans des cas complexes (interférences des spectres d'absorption) de pouvoir irradier sur un flanc du pic d'absorption pour obtenir une meilleure sélectivité Cette réaction est irréversible. Exemp Le 4: Destruction totale de la phycocyanine PC en présence de phycoérythrine PE. Dans ce cas on réalise l'irradiation laser à 620 nm avec le laser à Rhodamine 101 et on opère comme dans l'exemple 3. Le choix de la longueur d'onde ( 620 nm) s'explique par le fait que la PC seule, absorbe à 620 nm Les différents essais d'irradiation ont montré au bout d'une dizaine de minutes une destruction totale de la PC en présence de PE, qui elle n'est pas touchée par ce processus. La figure 8 illustre les spectres d'absorption avant irradiation (courbe 1) et après irradiation (courbe 2). Sur la courbe 2 on observe la disparition du pic de la PC à 620 nm et la diminution du pic aux environs de 550 nm qui correspond exactement à la contribution de la PC dans ce pic (rassemblant la PE et la PC) Cette réaction est irréversible. REVENDICATIONS 1 Procédé pour éliminer d'un mélange au moins un composé organique gênant, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre le mélange à une irradiation au moyen d'un faisceau laser dont la longueur d'onde correspond à une bande d'absorption du(des) composé(s) gênant(s) pour transformer ce(s) composé(s) en composé(s) non gênant(s) et/ou facile- ment séparable(s) du mélange. 2 Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le composé gênant est une cétone. 3 Procédé selon la revendication 2, carac- térisé en ce que le composé gênant est la thujone. 4 Procédé selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le mélange est un extrait de sauge. 5 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé gênant est une phycobiliprotéine. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le composé gênant est la phycocyanine ou la phycoérythricine. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le mélange est dissous ou dilué dans un solvant avant d'être soumis à l'irradiation par le faisceau laser. 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on réalise l'irradiation à une température inférieure à la température ambiante, mais supérieure à la température de solidification du mélange soumis à l'irradiation. 9 Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape complémentaire de séparation du(des) composé(s) obtenu(s) par l'irradiation du(des) composé(s) gênant(s). Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on réalise cette séparation par évaporation. 11 Procédé selon La revendication 1, caractérisé en ce que l'on réalise l'irradiation du mélange en le mettant en circulation dans une cuve d'irradiation traversée par le faisceau laser et en ce que l'on contrôle l'élimination du(des) composé(s) gênant(s) en mesurant l'énergie du faisceau laser ayant traversé la cuve d'irradiation. 12 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 5 à 11, caractérisé en ce que l'irradiation est effectuée à une longueur d'onde correspondant au flanc du pic d'absorption de l'élément gênant pour obtenir la meilleure sélectivité de destruction. 13 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le mélange est un extrait d'arômes et en ce que Le traitement d'irradiation permet de modifier la note olfactive de l'extrait.