Brevet FR2742765A1 — publié le 19970627

La présente invention concerne un procédé destiné à assurer l'inactivation irréversible d'enzymes en solution. Pour assurer de façon irréversible l'inactivation des enzymes, on utilise plusieurs techniques spécifiques. La méthode la plus communément utilisée consiste à chauffer le produit à traiter pendant un temps déterminé, jusqu'à une température supérieure à la température de résistance de l'enzyme que l'on souhaite inactiver. Cette méthode, qui fait appel au couple de paramètres températuretemps, est couramment utilisée dans le domaine alimentaire (blanchiment des aliments) et a pour inconvénient, notamment dans le cas d'enzymes thermorésistantes nécessitant un chauffage à une température élevée, de détruire du même coup certaines des molécules présentes dans le produit, qui confèrent à celui-ci les qualités spécifiques qui en font son intérêt majeur, telles que notamment ses qualités organoleptiques, ou nutritionnelles. Dans le cas de produits liquides on a également proposé d'agir sur les enzymes qu'ils contiennent à l'aide de substances chimiques inhibitrices ou inactivantes. Dans certains cas les substances chimiques utilisées agissent sur le pH des produits à traiter pour le porter principalement à des valeurs extrêmes, fonction de la zone de vulnérabilité de l'enzyme concernée. L'inconvénient majeur des méthodes faisant appel à un tel procédé réside dans l'addition même de substances chimiques au produit à traiter. En effet, pour certains produits, tels que par exemple les produits alimentaires, la seule présence de ces substances peut ne pas être acceptable, ou ces substances, comme les méthodes de chauffage, peuvent avoir pour effet de dénaturer le produit dans ses caractéristiques essentielles. On a proposé d'améliorer l'efficacité des méthodes utilisant le chauffage pour inactiver des enzymes en mettant en oeuvre ce chauffage dans une atmosphère gazeuse confinée et sous pression. On a ainsi proposé, dans le brevet français FR A-2.650.942, de réduire le couple des deux principaux paramètres du traitement (température-temps), en soumettant les aliments que l'on souhaite traiter à l'action d'une atmosphère gazeuse confinée sous pression constituée de dioxyde de carbone et/ou de protoxyde d'azote. Cette méthode, si elle permet de préserver les qualités intrinsèques du produit, nécessite cependant de travailler à des pressions supérieures à 5.105 Pa et ne s'applique qu'à des éléments solides. Parmi les techniques faisant appel à des gaz sous pression on mentionnera également celles mettant en oeuvre soit des gaz à très haute pression, de l'ordre de 300 MPa, soit des gaz, tels que le dioxyde de carbone, dans un état supercritique. Ces techniques sont particulièrement onéreuses. Ainsi l'utilisation de solvants supercritiques n'a jamais su passer le seuil des laboratoires, en raison des coûts de mise en oeuvre de cette technique qui la rendent peu compétitive sur le plan industriel. La présente invention a pour but de proposer un procédé d'inactivation d'enzymes en solution qui, d'une part, ne nécessite aucun ajout de produit chimique ni aucune montée importante en température et qui donc respecte les qualités intrinsèques du produit traité et, d'autre part, n'impose aucune montée en pression et qui donc est d'une mise en oeuvre peu onéreuse. La présente invention a ainsi pour objet un procédé d'inactivation irréversible d'enzymes contenues dans une solution, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en contact avec la solution, à la pression atmosphérique ou à une pression voisine de celle-ci, un flux de gaz en déplacement relatif par rapport à la solution. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, le flux de gaz est amené sous pression à l'intérieur de la solution et est mis en contact avec celle-ci notamment par bullage. Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention le flux de gaz est mis en contact avec la solution à la surface de celle-ci. La solution peut être mise en circulation, et le gaz peut être injecté à contre-courant de la circulation de la solution, notamment dans une colonne à garnissage. La présente invention, contrairement aux dispositifs et procédés de l'état antérieur de la technique, permet d'obtenir l'inactivation irréversible d'enzymes en solution en faisant appel à des modes de mise en oeuvre particulièrement simples et peu onéreux puisqu'ils ne nécessitent pas de faire appel à des gaz sous pression, ni à fortiori à des gaz se trouvant dans un état supercritique. Une telle inactivation irréversible d'enzymes par injection de gaz peut être effectuée soit en l'absence soit en présence d'un substrat de l'enzyme. La présente invention est particulièrement intéressante dans le cas de traitement d'aliments, et notamment dans le cas de jus de fruits dans lesquels l'activité de l'enzyme pectinestérase, ou pectine-méthyl-estérase, provoque au cours du temps, la modification des qualités intrinsèques du produit, et notamment de sa consistance. On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, différentes formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue schématique montrant un dispositif permettant une première forme de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. La figure 2 est une courbe représentant la variation du pourcentage d'activité résiduelle de l'enzyme lysozyme en fonction du temps, sous l'action de plusieurs gaz inactivants (azote, hélium, air) à 750C. La figure 3 est une courbe représentant la variation du pourcentage d'activité résiduelle de l'enzyme pectinestérase en fonction du temps sous l'action du dioxyde de carbone. La figure 4 est une courbe représentant la variation du pourcentage d'activité résiduelle des enzymes invertase et glucose-oxydase sous l'action de l'azote, respectivement à 500C et à 570C. La figure 5 est une courbe représentant la variation du pourcentage d'activité résiduelle des enzymes peroxydase, et pectinestérase sous l'action de l'azote, respectivement à 700C et à 200C. La figure 6 est une courbe représentant la variation du pourcentage d'activité résiduelle de l'enzyme pectinestérase sous l'action de l'azote à 60"C. La figure 7 est une courbe représentant la variation du pourcentage d'activité résiduelle de l'enzyme pectinestérase contenue dans du jus de tomate sous l'action de l'azote à 600C. Dans les expériences décrites ci-après, on utilise, ainsi que représenté sur la figure 1, un réacteur 1 contenant une solution à traiter 2. Une canule en acier inoxydable 3, pourvue de trous sur sa périphérie, plonge dans la solution 2, l'extrémité externe de cette canule étant alimentée, au moyen d'une conduite souple 6, par un gaz sous pression G à un débit d'environ 3 vvm (volume de gaz par volume de solution par minute). Le réacteur 1 est pourvu, à sa partie supérieure, d'un orifice de sortie 8 des effluents gazeux, si bien que la pression à l'intérieur du réacteur reste constante à une valeur voisine de la pression atmosphérique durant toute l'expérience. On injecte du gaz à l'intérieur de la solution 2 pendant toute la durée du procédé d'inactivation de l'enzyme. Par ailleurs, le réacteur 1 comporte des moyens de chauffage de la solution à traiter (non représentés sur le dessin) permettant de réaliser l'expérience avec le couple température-temps choisi. Les activités enzymatiques ont été mesurées, par titrimétrie pour la pectinestérase et par spectrophotométrie pour les autres enzymes, sur des échantillons de solution prélevés dans le réacteur 1 à intervalles de temps réguliers. Le temps de demi-vie de l'enzyme, c'est-à-dire le temps au bout duquel 50% de son activité initiale est perdue, est obtenu à partir de la courbe représentant la variation du logarithme du pourcentage d'activité de l'enzyme en fonction du temps d'incubation, c'est-à-dire du temps d'action dans le réacteur 1.On appellera ci-après efficacité d'inactivation E le rapport du temps de demi-vie to de l'enzyme n'ayant subi aucun traitement sur le temps de demi-vie t de l'enzyme ayant subi un traitement suivant le procédé suivant l'invention : E = to/t On appellera diminution relative D, la diminution de la durée de demi-vie divisée par la durée de demi-vie de l'enzyme n'ayant subi aucun traitement D = to - t to Dans une première série d'essais, on a successivement injecté au moyen de la canule 3 différents gaz sous pression dans une solution témoin (technique dite du "bullage") contenant une enzyme lysozyme et l'on a étudié l'influence de ce traitement sur l'inactivation irréversible de cette enzyme. On a ainsi représenté sur la figure 2 la courbe représentant la variation du pourcentage d'activité résiduelle A de l'enzyme lysozyme en fonction du temps de traitement t dans le réacteur 1, et ceci pour des gaz de différentes natures, à savoir l'azote (courbe a), l'hélium (courbe b) et l'air (courbe c), et l'on a également représenté, à titre d'échantillon témoin, une inactivation sans injection de gaz (courbe tl), réalisée dans les mêmes conditions opératoires. La température de l'expérience était fixée à 75"C. Les résultats de l'expérience ont été consignés dans le tableau I ci-après. On a porté dans la première colonne du tableau la nature des différents gaz utilisés, (la dernière ligne constituant le témoin ou aucun bullage n'est effectué), dans la seconde colonne la durée de demi-vie de l'enzyme lysozyme dans les quatre conditions expérimentales mentionnées précédemment, dans la troisième colonne l'efficacité d'inactivation E et dans la quatrième colonne la diminution relative D de la durée de demi-vie par rapport à la durée de demi-vie sans injection de gaz. I1 est intéressant de constater que, suivant l'invention, les différents types de gaz utilisés, qu'il s'agisse d'un gaz rare tel que l'hélium ou d'un gaz neutre tel que l'azote, ou d'un mélange de gaz tel que l'air, produisent tous une diminution très importante de la durée de demi-vie de l'enzyme. TABLEAU I GAZ DUREE DE DENI-VIE EFFICACITE DIMINUTION AVEC LYSOZYME D'INACTIVATION RELATIVE D (%) (mn) E Azote (courbe a) 4 11,7 91,5 Hélium (courbe b) 5,5 8,5 88,3 Air (courbe c) 7,5 6,3 84,0 Pas de gaz 47 (courbe tl) On a réalisé une expérience du même type en faisant agir du dioxyde de carbone sur une solution de pectinestérase à une température de 55 0C. La figure 3 représente la cinétique de la réaction d'inactivation, respectivement avec bullage d'un flux de dioxyde de carbone (courbe d) et sans bullage (courbe t2). On constate, sur cette figure, que la durée de demi-vie t'o de la pectinestérase, qui est de 44 mn à la température de l'expérience, descend à une valeur t' de 14 mn lorsque l'on injecte dans la solution du dioxyde de carbone, ce qui représente une diminution d'activité relative de la durée de demi-vie de l'enzyme de 68%. On obtient ainsi, avec des moyens qui sont d'une mise en oeuvre particulièrement simple et peu onéreuse des résultats supérieurs à ceux obtenus avec les techniques très sophistiquées et très onéreuses mentionnées précédemment dans lesquelles ont utilise également le dioxyde de carbone comme agent inactivant, celui-ci étant dans un état supercritique. On a également constaté que, dans le cas où le gaz utilisé est un gaz réactif, qui est susceptible d'avoir sur l'enzyme un rôle stabilisant, (c'est-à-dire un rôle inverse de celui recherché) le flux de gaz agit néanmoins sur l'enzyme pour l'inactiver. Ainsi, dans le cas du dioxyde de carbone, on sait que celui-ci a pour effet de provoquer une chute du pH de la solution qui améliore la stabilité de certaines enzymes telles que l'enzyme lysozyme. On a néanmoins constaté que, malgré l'effet stabilisant du à cet abaissement du pH, cette enzyme était inactivée par bullage du dioxyde de carbone. Bien entendu, dans le cas de certaines autres enzymes, l'effet d'inactivation provoqué par cet abaissement du pH pourra se cumuler avec l'effet d'inactivation dû à l'action du flux de dioxyde de carbone. On a réalisé une autre expérience dans laquelle on a fait agir un gaz déterminé, à savoir en l'espèce l'azote, sur différentes enzymes, à des températures données. On a représenté sur les figures 4 à 7 les courbes respectives représentant la variation du pourcentage d'activité résiduelle A de plusieurs enzymes en fonction du temps de traitement dans le réacteur 1. Des courbes témoins représentent sur ces figures un échantillon de solution n'ayant pas subi de bullage.Les enzymes utilisées sont l'invertase (courbe e et échantillon témoin courbe t3), la glucose-oxydase (courbe f et échantillon témoin courbe t3'), la peroxydase (courbe g et échantillon témoin courbe t4), la pectinestérase à 20"C (courbe h et échantillon témoin courbe t4'), le pectinestérase à 600C (courbe i et échantillon témoin courbe t5) et la pectinestérase dans un jus de tomate (courbe j et échantillon témoin courbe t6). On a regroupé dans le tableau II les résultats de cette expérience. TABLEAU II ENZYME DUREE DE DUREE DE EFFICACITE DIMINUTION DEMI-VIE DEMI-VIE D'INACTIVATION RELATIVE AVEC BULLAGE SANS BULLAGE E D (%) D'AZOTE (mn) (mn) Invertase à 500C 3 18 6,0 83,5 (courbe e) Glucose oxydase à 9 17 1,8 41,0 700C (courbe f) Peroxydase à 70 C 46 178 3,9 74,0 (courbe g) Pectinestérase supérieure à non non & 20'C 49 30 jours déterminé déterminé (courbe h) à 600C 4 16 4,0 75,0 (courbe i) Pectinestérase dans un jus de tonate à 60ic 5 33,5 6,7 85,0 courbe .) On a porté en colonne 1 le nom de l'enzyme testée, en colonne 2 la durée de demi-vie de l'enzyme avec bullage d'azote, en troisième colonne la durée de demi-vie de l'enzyme sans bullage, en quatrième colonne l'efficacité d'inactivation E et en cinquième colonne la diminution relative D de la durée de demi-vie par rapport à la durée de demi-vie sans bullage. Les résultats montrent que le flux d'azote a une action d'inactivation irréversible sur d'autres enzymes que l'enzyme lysozyme dont on a étudié précédemment l'inactivation irréversible. Le procédé suivant la présente invention est également efficace dans le cas où la solution à traiter contient des additifs conférant aux enzymes des effets protecteurs. On a ainsi étudié l'effet d'inactivation de l'azote sur deux solutions d'enzymes contenant respectivement du bromure de potassium à une concentration de 0,5M et du sorbitol à une concentration de 2M, ces deux additifs étant connus pour avoir, à ces concentrations, un effet protecteur important sur l'enzyme lysozyme. On a constaté que, sans action du flux gazeux, le temps de demi-vie de l'enzyme est de 444 mn pour la solution de bromure de potassium, et de 104 mn pour la solution de sorbitol.Ces durées de demi-vie sont respectivement ramenées, par le procédé suivant l'invention, à 12 mn et 58 mn, ce qui représente une efficacité d'inactivation respectivement de 37 et de 1,8 et une diminution relative de durée de demi-vie de 97% et 45%. La mise en contact d'un flux de gaz sur la solution à traiter peut bien entendu être effectuée par d'autres moyens que par la technique du bullage, c'est-à-dire par l'injection dans la solution d'un gaz sous pression. On peut ainsi notamment mettre en contact un flux de gaz avec la solution au moyen d'une colonne à garnissage. On peut faire circuler la solution à traiter dans celle-ci en sens inverse du sens de circulation du gaz. On peut également, suivant l'invention, recycler le flux de gaz après sa mise en contact avec la solution. Ce mode de mise en oeuvre est particulièrement intéressant dans le cas où e gaz a tendance à capter certains éléments volatils de la solution. En recyclant le gaz on évite de prélever dans la solution, de façon continue, ces éléments volatils, ce qui aurait pour effet de priver celle-ci de certains de ces constituants qui, suivant les applications que l'on souhaite réaliser pourraient être susceptibles de jouer un rôle essentiel. Le recyclage permet, après un ou plusieurs passages, de saturer le gaz en éléments volatils, ce qui lui évite alors d'extraire de la solution ces éléments. La présente invention permet de diminuer les valeurs du couple de paramètres température-temps. Ainsi, en fonction d'une application pratique donnée, l'homme du métier aura la possibilité, soit à temps de traitement égal de travailler à une température plus faible, ce qui lui permettra notamment de respecter l'intégrité de la solution contenant l'enzyme soit, à température égale d'avoir une durée de traitement plus faible lui permettant par exemple d'améliorer le rendement d'un processus industriel. Suivant l'invention le traitement de la solution peut bien entendu être effectué à la température ambiante. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'inactivation irréversible d'enzymes contenues dans une solution, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en contact avec la solution, à la pression atmosphérique ou à une pression voisine de celle-ci, un flux de gaz en déplacement relatif par rapport à la solution. 2.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le flux de gaz est amené sous pression au sein de la solution. 3.- Procédé suivant la revendication 2 caractérisé en ce que le flux de gaz est mis en contact avec la solution par bullage. 4.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le flux de gaz est mis en contact avec la solution à la surface de celle-ci. 5.- Procédé suivant la revendication 4 caractérisé en ce que l'on soumet la solution à un mouvement dont le sens de déplacement est opposé au sens de déplacement du flux de gaz. 6.- Procédé suivant l'une des revendications 4 ou 5 caractérisé en ce que la solution est mise en mouvement dans une colonne à garnissage. 7.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le traitement de la solution est effectué à la température ambiante. 8.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le gaz constituant ledit flux de gaz est saturé en éléments volatils. 9.- Procédé suivant la revendication 8 caractérisé en ce que le gaz saturé en éléments volatils est obtenu par recyclage de celui-ci après sa mise en contact avec la solution.