Brevet FR2728268A1 — publié le 19960621

La présente invention concerne un procédé de préparation dc gamma- cyclodextrine. La cyclodextrine est produite de manière conventionnelle par l'action d'ne enzyme, la cyclodextrine-glycosyl-transfrase (E. C 2.4. 1.19), sur mun substrat d'amidon dans des conditions de pH et de températurc appropris pour l'enzyme. En général, le traitement enzymatique du substrat d'amidon produit au moins trois cyclodextrines, l'alpha-cyclodextrinc, la bêta-cyclodcxrine et la gamma-cyclodextrine, cette dernière étant habituellement la moins favodse. L'alpha-cyclodextrine est un composé cyclique comprenant six unités anhydro-- glucose lices par des liaisons a (1--4). De même que l'alphacylodecxtrin, la bêta-cyclodextinre et la gamma-cyclodextine sont des compos6s cycliques d'unités anhydroglucose liées par des liaisons a (1s4) et ayant respectivement 7 et 8 unités dans le cycle. On utilise souvent un complexant pour la conversion ezymatiqu d'un substrat d'amidon en cyclodextrine afin d'augmenter la production. Cc complexant forme avec la cyclodextrine des complexes insolubles qui déplacent l'équlibre ce qui augmente la quantité de cyclodextrine produite par l'enzyme. On sait que certains complexants augmentent la production d'une seule cyclodextrine. Par exemple, le brevet US 4822874 enseigne l'utilisation de certains compos6s cycliques ayant entre 13 et 24 atomes dans le cycl pour augmenter la production de gamma- cydlodextrine. Dans son article intitulé 'Enhanced Pxroduction of Cyclomaltooctaose (gamma-cyclodextrin) through Selective Complcxation with C12 Cyclic Compounds", Carbohydrate Research 230 (1992) 343-359, JLA. Rcndlenan suggère d'utiliser des composs cycliques en C12 tels que la cyclododcanon, le cyclododcanol, le cyclododmécanm6thanol, le cyclodod6cyl- méthyléther et le cyclododéane pour augmenter la production de gamma- cydodextrine. Ccpendant, d'après cet article, la réaction nécessite 7 à 15 j ce qui constitue une durée trop longue pour les applications commerciales. La gamma-cydodextrine est plus hydrosoluble que l'alpha-cyclo- dextrine ou la bêta-yclodextrine et comporte une cavité hydrophobe intriame de plus grande taille que l'alpha-cyclodextrine ou la bêtacydlodextrine. Cas propriétés rendent la gamma-cyclodextine très intéessante pour l'industrie cosmétologique, l'industrie pharmaceutique et les industries alimentaires. On recherche un procèdé efficace pour produire la gamma- cyclodextrine avec des rendements élevés en des duiés relativement courtcs, c'est-à--dire de 1 à 2 j. Pour répondre à cette demande, la présete invention concerne un procldé de production de gamma-cyclodextrine, ou cyclooctaamylase, en grande quantité, correspondant à 30-40 % du produit de départ, et en une durée relativement courte, inf6érieure à 72 h. Le procédé selon la présente invention emploie au moins deux complexants, simultanément, pendant la conversion enzymatique d'un substrat d'amidon en cyclodextrine. On a constaté qu'en utilisant au moins deux complexants il est possible d'obtenir des rendements en gamma cyclodextrine relativement élevés. Selon la présente invention, l'un des complexas est un alcool aliphatique et/ou une cétone aliphatique tandis que le second complexant est un composé cyclique ayant seulement 12 nombres dans le cycle. On prfière lcs composés cycliques en C12. Il est possible d'utiliser plus de deux complexants selon la présente invention. Par exemple, il est possible d'utiliser deux compoasé cycliques ayant 12 atomes dans le cycle en combinaison avec un alcool ou une cétone, ou bien un compose cyclique en combinaison avec deux alcools/caons aliphatiques. En tout cas, on doit utiliser au moins deux complexats parmi lesquels l'un est un compose cyclique ayant 12 atomes dans le cycle et l'autre est choisi dans le groupe consistant en un alcool aliphatique et une cétone aliphatique. Plus spécifiquement, le procéd6 selon la présente invention comprend: (a) le traitement d'une suspension aqueuse d'un substrat d'amidon avec une cyclodcxtine-glycosyl-transférase en présence d'au moins deux agents complexants qui sont un premier agent complexant choisi dans le groupe ansistant en les cétones aliphatiqucs et les alcools aliphatiques et un second agent complexant qui est un composé cyclique ayant 12 atomes dans le cycle et rpondant à la formule: p(,CH2)-A-(2)mI D B o(1H2-E-(C2)n dans laquelle A, B, D et E représentent des substituants choisis i les uns des autres dans le groupe consistant en o O o Il Il/ -c-, - CH-CH-, --o-. -NH-. -C-O-. -CR, R R R R NOH I 1 I I o o --CC-. -CH-ct-Cl C-. -C- et -C- ou R est un substituant choisi dans le groupe consistant en un atome d!hydroge et un radical alkyle, hydroxyle, alcoxy et carboxyle, m, n, o, p sont des nombres entiers compris chacun entre 0 et 8, à condition que le nombre d'atomes formant le cycle soit égal à 12, et (b) la récupération de la gamma-cyclodextrine. Les alcools aliphatiques qui peuvent être utilisés dansle procédé scion la présente invention sont de formule CnH2n+1 OH o n = 1 à 6. Plus sp6cifi- quement, les alcools aliphatiques appropriés comprennent le butanol, l'éthanol et le propanol. On a obtenu de bons résultats avec le butan-1-ol. Les cétones aliphatiques qui peuvent être utilisées dans le procédé selon la présente invention sont de formule R1-CO-R2 dans laquelec R1 et R2 représentent chacun un groupe alkyle linéaire ou ramifié de 1 à 6 atomes de carbone. Plus spécifiquement, les cétones aliphatiques appropriées comprnnt la méthyléthylcétone, la méthylisobutylcétone et l'acétone. On a obtenu de bons résultats avec la méthyléthylcétone. En ce qui concerne les composés cycliques ayant 12 atomes dans le cycle, on péfere les composés cycliques en C12 bien qu'il ne soit pas nécessaire que le cycle soit constitué uniquement par des atomes de carbone. Par exemple, il peut comprendre un atome d'azote ou d'oxygne et des simples liaisons, des doubles liaisons et des triples liaisons. Les composés ayant un cycle à 12 nombres ou atomes qui peuvent être utilisés dans le procédé selon la présente invention comprenncnt la cyclododécanone, le cyclododécanol, le cyclododcaemthano le cyclododécylméthyléther, le cyclododécane, la 2,3-cyclododécémopyridine, le cyclododécone-époxyde et leurs mélanges. On a obtenu de bons résultats avec la cyclododécanonc et avec un mélange de cyclododécanone et de cyclododécanwL Les premier et second complexants peuvent être utilisés dans le procédé selon la présente invention en des quantités d'environ 3 à 15 % par rapport à la masse du substrat d'amidon. De préférence encore, ils sont utilisés en une quantité combinée d'environ 3 % à environ 12 %. On a obtenu de bons résultats avec environ 6 % de complexants combinés. La quanfité totale des deux complexants employés dépend de la quantité de composé cyclique employé dans le procédé selon la présente invention. La quantité de complexant cyclique à 12 nombres utilis6 dans la présente invention est supérieure à environ 2 % en masse par rapport au substrat d'amidon. Losquil est employé à raison d'environ 10 % en masse par rapport au substrat d'amidon, le composé cyclique semble être en excès. Ainsi, il est préférable d'utiliscr environm 2 % à environ 10 % en masse de composé cyclique et de préfrence encore d'environ 3 à environ 8 % en masse de compos6 cyclique. On a obtenu de bons résultats avec environ 3 % en masse. La quantité d'alcool ou de cétone dépend de la quantité de composé cyclique. La quantité d'alcool ou de c6tone doit être suffisante pour dissoudre le composé cyclique. En d'autres termes, le premier complexant joue le rôle de solvant pour le second complexant. On a constaté quLune quantité d'environ 1 % en masse de premier complexant par rapport au substrat d'amidon est uffisante pour dissoudre environ 2 à environ 3 % de second complexant. Ainsi, la quantité de premier complexant employé est d'environ 1 % à environ 5 % en masse par rappodrt au substrat d'amidon et de préférence encore d'environ 1 % à environ 4 % en masse. On a obtenu de bons résultats avec environ 3 % en masse. Les substrats d'amidon qui peuvent être utilis6s selon la prscnte invention sont des amidons gélifiés ou des hydrolysats d'amidon ayant un équivalent de dextrose (ED) d'environ 1 à environ 15. De préfrenc enc corc, le substrat d'amidon est un hydrolysat d'amidon ayant un ED d'environ 3 à environ 10 et on a obtenu de bons résultats avec un hydrolysat d'amidon ayant un ED d'environ 5 à environ 8. L'amidon lui-même peut provenir d'une source quelconque telle que le mais, le blé, le riz et la pomme de terre. On a constaté que le mais constitue une source satisfaisante. La concentration du substrat d'amidon dans la suspension aqueuse est d'environ 5 % à environ 40 % en masse de la suspension et on a obtenu de bons résultats avec une suspension contenant un substrat d'amidon en une quantité d'environ 30 % en masse. L'enzyme cyclodextrine-glycosyl-tansférase destinée à être utilise dans la présentc invention peut provenir d'une source conventionnelle quelconquec telle que Bacillus m _ct Bailus st aoh rmohilus et acillus i _ma La quantit6 d'enzyme utilisée dépend de l'activité de l'enzyme et de la quantit6 de substrat d'amidon. Des rapports massiques de l'enzyme au substrat d'amidon d'environ 1:2 000 à 1:50 000 correspondent à des quantités d'enzyme approprié La température qui règne au cours de l'étape de traitement est optimisée en fonction de l'enzyme employée. De préférence, cette température est comprise entre environ 30C et environ 60C, de préférence encore entr environ 'C et environ 50'C. On a obtenu de bons résultats avec une température d'environ 40C. Lc pH est compris de préférence entre environ 4 et environ 9, de préférence encore entre environ 6 et environ 8. On a obtenu de bons résultats à mun pH d'environ 7. Au cours du traitement, il est préférablc d'ajouter une petite quantité de chlorure de calcium pour stabiliser l'enzyme, de préférence en une n d'environ 5 mM à environ 15 mM. On a obtenu de bons résultats avec une concen- tration de chlorure de calcium d'environ 10 mM. L'étape de traitement est accomplie de manière conventionnelle à l'aide d'un appareillage conventionnel. Plus précisément, la quantité appropriée d'enzyme et la quantité appropriée des deux complexants sont introduites dans un récipient contenant du substrat d'amidon aqueux au pH approprié et à la température appropriée et contenant la concentration optimale de chlorure de calcium. I.e récipient est de préférence équipé d'un agitateur pour réaliser une agitation modérée de la solution pendant le traitement. Lcs complexants forment avec la gamma-cyclodextrine un complexe insoluble qui est retiré du récipient de manière conventionnelle au moyen d'un appareillage conventionnel. Par exemple, le complexe insoluble est retiré du récipient par décantation, filtration ou cenftifu- gation. Lorsque le complexe a été retiré du récipient, il est séparé en ses constituants individuels, à savoir la gamma- cyclodextrine et les complexans, de manière conventionnelle à l'aide d'unm appareillage conventionnel, par exemple par ébullition ou chauffage d'un mélange de complexe et d'eau. Pour ajouter les deux complexants à la suspension aqueuse de substrat d'amidon, le second complexant est dissous dans le premier complexant et la solution des deux complexants est ajoutée à la suspension. La solution des deux complexants est préparée de manière conventionnelle à l'aide d'unm appareillage conventionnel. On a constaté qu'il était possible selon la présente invention de produire de la gamma-- cydclodextrine à raison de 30 à 40 % par rappot à la mane de substrat d'amidon. On peut utiliser d'autres procédés conventionnels pour purifier encore la gamma-cyclodextrine. On va donner dans la suite des exemples non limitatifs destinés à illustrer la présente invention de manière plus précise. Exemples Exmple 1 Cet exemple compare le procédé selon la présente invention aux procédés de l'état de la technique sans complexant et faisant intervenir un seul composé cyclique en C12 comme cela est enseignE par Rcndleman. Quatre lots contenant 100 g d'hydrolysat d'amidon présentant un ED de 5 à 8, un pH de 7, une température de 40C et contenant 10 mM de chloure de calcium ont été traités avec de la cyclodextrine-glycosyl-tranférase en présence ou en l'absence de complexant de la manière indiquée ci- dessous. Les rendements sur une période de 3 j sont également indiqués ainsi que la quantité de complexant. Sans çcmlxant (état de la technique) GCD* (rendement %) BCD**(rdement %) 24 heures 1,45 2,18 48 heures 1,57 2,24 72 heures 1,57 2,24 Complexant: cyclododécanone (3 grammes) (état de la technique) -GiC* (rendement %) BD** (redement %) 24 heures 19,2 4,3 48 heures 20,0 4,7 72 heures 20,1 4,7 Complexant: Méthyléthylcétonc (3 grammes) et cyclododcanone (3 grammes) (présonte invention) ICD* (rndement %) 1 r** (rdement %) 24 heures 34,4 4,7 48 heures 42,4 6,3 72 heures 42,4 6,9 lexant: 1-butan-1-ol (3 grammes) et cyclododcanone (3 grammes) (présente invention) GCD (dement %) BD* (ralement %) 24 heures 34,5 5,0 48 heures 41,1 6, 7 72heures 43,5 7,5 * GCD = Gamma-cyclodextrine * BCD = Bêta-cyclodextrine Ainsi qu'on peut le voir, les résultats obtenus avec le procLde selona la présente invention sont supérieurs à ceux qui sont obtenus avec les prmcéds de l'état de la technique. REVENDICATlONS 1. Procédé de preparation de gamma-cyclodextrine caractris6 en ce qu'il comprend les étapes consistant à a) traiter une suspension aqueuse d'mun substrat d'amidon avec une cyclodextrine-glycosyl-transférase en présence d'au moins deux agents complexants qui sont un premier agent complexant choisi dans le groupe consistant en les cétones aliphatiques et les alcools aliphatiques et un second agent complexant qui est un compose cyclique ayant 12 atomes dans le cycle et qui répond à la formule: p(CH2}-A{C, H2)m D B I! o(CH2)-E-(CH2)r dans laquelle A, B, D et E représentent des substituants choisis ind mment les uns des autres dans le groupe coistant en o o o Il / \ I -C-. -CH CH-. -O-. -Ni-!-. -C-O-. -CRz, R R R R NOH I I I o / I -C=C-. -CH-CH. -C=C-. et -C- o R est un substituant choisi dans le groupe consistant en un atome d'hydrogène et un radical alkyle, hydroxyle, alcoxy et carboxyle, m, n, o, p sont des nombres entiers compris chacun entre 0 et 8, à condition que le nombre d'atomes formant le cycle soit égal à 12, et b) récupérer la gamma-cyclodextrine. 2. Proc6dé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesditcs cétones aliphatiques sont de formule R1-CO-R2 avec R1 et R2 un groupe alkyle linéaire ou ramifié cn C1-C6, en particulier choisies dans le groupe consistant en la méthyl1thylcétone, la méthylisobutylcétone et l'acétone. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit alcool aliphatique répond à la formule CnH2n+lOH dans laquelle n est compris entre 1 et 6 et est en particulier choisi dans le groupe consistant en le butanol, l'éthanol et le propanol. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit composé cyclique est choisi dans le groupe consistant en la cyclododécanone, le cyclododécanol, le cyclododécaneméthanol, le cyclododécylméthyléther, le cyclododécane, la 2,3-cyclododécénopyridine, le cyclododécanc-époxyde et leurs mélanges. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit substrat d'amidon est un hydrolysat d'amidon ayant un ED de 5 à 8. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite étape de traitement est accomplie à un pH de 6 à 8. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit traitement est réalisé à une température de 30 à 60C. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits deux agents complexants sont la méthyléthylcétone et la cyclododéclanone. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits deux agents complexants sont le butanol et la cyclododécanonc. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, 9, caractérisé en ce que ledit substrat d'amidon est un hydrolysat d'amidon ayant un ED de 5 à 8, ledit premier complexant est choisi dans le groupe consistant en la méthyléthylcétone et le butanolet ledit second complexant est la cyclododécanone. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit traitement est réalisé à un pH de 7. 12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que la température qui règne pendant le traitement est de 40'C. 13. Procédé selon les revendications 1 à 12, caractérisé en ce que lesdits deux complexants sont présents en des pmroportions de 3 à 15% en masse par rappolt audit substrat d'amidon. 14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ledit premier agent complexant est présent en des proportions de 2 à 10 % men masse par rapport audit substrat d'amidon.