Brevet FR3134575A1 — publié le 20231020

Un procédé d’obtention d’acétoïne à partir d’un milieu la comprenant est fourni, le procédé comprenant une étape de déshydratation par pervaporation au moyen d’une membrane hydrophile. Ce procédé permet d’isoler et de purifier l’acétoïne de manière satisfaisante, tant du point de vue de la qualité que du rendement. En outre, il permet de s’affranchir de l’utilisation de solvants et d’éviter la génération d’impuretés. Figure 1 Procédé d’obtention d’acétoïne DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention concerne un procédé d’obtention d’acétoïne à partir d’un milieu la comprenant, le procédé comprenant une étape de déshydratation par pervaporation au moyen d’une membrane hydrophile. Ce procédé permet d’isoler et de purifier l’acétoïne de manière satisfaisante, tant du point de vue de la qualité que du rendement. En outre, il permet de s’affranchir de l’utilisation de solvants et d’éviter la génération d’impuretés. ARRIÈRE-PLAN TECHNIQUE L’acétoïne (3-hydroxybutanone) est une molécule organique chirale de formule C 4 H 8 O 2 appartenant à la classe des cétones hydroxylées et comprenant deux formes énantiomères. L’acétoïne comprend deux groupes fonctionnels, un groupe hydroxyle et un groupe carbonyle, qui la rendent particulièrement réactive et prône à se décomposer, notamment en acétaldéhyde. L’acétoïne est présente à l’état de trace dans de nombreux aliments, notamment les raisins, les framboises, les pommes, les bananes, le maïs, le miel et le café. Cette molécule est présente également dans certains fromages ou certaines viandes. Enfin, cette molécule est également un intermédiaire de synthèse dans le métabolisme des sucres de certains microorganismes. L’acétoïne est, avec le diacétyle (2,3-butanedione), l’une des molécules qui confère au beurre sa saveur caractéristique. Elle peut être utilisée comme agent de saveur. L’acétoïne est fréquemment utilisée notamment dans le domaine de l’agroalimentaire, en particulier dans les domaines des produits lactés, des boissons, de la boulangerie, de la viennoiserie et de la pâtisserie, pour conférer une « saveur de beurre » aux produits la comprenant. Dans ce domaine, la réglementation impose d’utiliser de l’acétoïne ayant un degré de pureté élevé, par exemple d’au moins 95 % (cf. le règlement CE n° 1334/2008). L’acétoïne est également utilisée dans d’autres domaines, en particulier dans les domaines de la parfumerie, de la pharmacie et de la tabagie. L’acétoïne peut être obtenue à partir de procédés de synthèse chimique ou de procédés biologiques. Les procédés de synthèse chimique peuvent utiliser par exemple le 2,3-butanedione et le 2,3-butanediol comme matières premières. Les procédés biologiques peuvent utiliser des microorganismes sauvages, des microorganismes sélectionnés ou des microorganismes recombinants. Des microorganismes recombinants sont connus, lesquels ne produisant pas naturellement l’acétoïne ou la produisant à un rendement trop faible et/ou comme un intermédiaire de synthèse. Par exemple, des microorganismes recombinants ont été obtenus à partir des microorganismes suivants : Bacillus subtilis , Bacillus pumilus , Bacillus methanolicus , Bacillus licheniformis , Corynebacterium glutamicum , Escherichia coli , Lactococcus lactis , Saccharomyces cerevisiae et Serratia marcescens . Indépendamment du procédé d’obtention, la quantité et la qualité du produit obtenu peuvent ne pas être suffisantes, notamment pour une utilisation dans le domaine de l’agroalimentaire et de la pharmacie. En outre, il peut être obtenu un milieu comprenant des impuretés, notamment des sous-produits de l’acétoïne, des résidus organiques (biomasse) en cas d’obtention avec un procédé biologique, ainsi que d’autres molécules. Il est donc nécessaire d’isoler et de purifier l’acétoïne à partir du milieu la comprenant. Un certain nombre de techniques de purification sont connues, par exemple la distillation, l’extraction liquide-liquide ou l’extraction par relargage. L’efficacité de ces techniques, en particulier la distillation, peut être limitée par le fait que l’acétoïne forme un mélange azéotrope avec l’eau, la séparation étant alors entravée ou limitée dès lors que la phase liquide et la phase gazeuse atteignent la même composition eau/acétoïne. L’utilisation de solvants n’est pas recommandée, notamment lorsque l’acétoïne est destinée au domaine agroalimentaire. En effet, pour des raisons réglementaires, seuls certains solvants peuvent être utilisés pour qu’un produit comprenant de l’acétoïne soit labellisé « naturel ». Parmi les solvants disponibles, seul l’acétate d’éthyle est à la fois conforme à la réglementation européenne et particulièrement adapté pour la purification de l’acétoïne. Cependant, l’utilisation de ce solvant nécessite de grande quantité, ce qui rend le procédé moins économiquement viable à l’échelle industrielle pour une extraction efficace. En outre, ce solvant ne permet pas de pouvoir utiliser le label américain NOP (pour « national organic program »). La demande internationale WO 2021/060334 A1 publiée le 1 avril 2021 divulgue un procédé de purification par utilisation d’une technologie de filtration tangentielle mise en œuvre par une étape de nanofiltration, suivie par une étape d’osmose inverse. Cependant, ce procédé ne permet pas d’atteindre de manière efficiente des teneurs d’humidité résiduelle inférieure à 50%. Ainsi, il existe un réel besoin de fournir un procédé permettant l’obtention d’acétoïne pouvant être utilisée directement dans des préparations agroalimentaires. Il existe également un réel besoin de fournir un procédé permettant l’obtention d’acétoïne à un rendement élevé et à un coût abordable. Il existe également un réel besoin de fournir un procédé mis en œuvre sans utiliser des solvants, notamment l’acétate d’éthyle. Il existe également un réel besoin de fournir un procédé permettant l’obtention d’acétoïne pouvant être labelisée « naturel ». L’invention concerne en premier lieu un procédé d’obtention d’acétoïne à partir d’un milieu à traiter, le procédé comprenant une étape de déshydratation par pervaporation au moyen d’une membrane hydrophile, pour obtenir un milieu déshydraté comprenant au moins 70 % d’acétoïne, par poids total du milieu traité. Dans des modes de réalisation, la membrane hydrophile est choisie parmi le groupe consistant en les membranes polymériques hydrophiles, les membranes inorganiques hydrophiles, les membranes à base de matériaux en deux dimensions hydrophiles, les membranes à matrice mélangée hydrophiles ou les membranes qui en dérivent. Dans des modes de réalisation, la membrane hydrophile est une membrane à base de silice hydrophile ou une membrane hydrophile qui en dérive. Dans des modes de réalisation, la membrane à base de silice hydrophile est obtenue à partir de précurseurs organoalkoxysilanes. Dans des modes de réalisation, une sous-pression de -700.10 5 mPa ou plus est appliquée au niveau de la surface de perméation de la membrane hydrophile. Dans des modes de réalisation, l’étape de déshydratation est mise en œuvre en l’absence de solvants et/ou de sels inorganiques. Dans des modes de réalisation, le procédé comprend une étape de prétraitement du milieu à traiter mise en œuvre, avant l’étape de déshydratation, par une technique choisie parmi le groupe consistant en la centrifugation, la filtration frontale et la microfiltration. Dans des modes de réalisation, le procédé comprend une étape de posttraitement du milieu traité mise en œuvre, après l’étape de déshydratation, par distillation. Dans des modes de réalisation, le milieu comprenant l’acétoïne est obtenu par un procédé biologique mis en œuvre en utilisant des microorganismes recombinants. Dans des modes de réalisation, les microorganismes recombinants sont des levures appartenant au genre Saccharomyces . L’invention concerne en deuxième lieu de l’acétoïne, obtenue à partir du procédé décrit ci-contre. L’invention concerne en troisième lieu l’utilisation d’une membrane hydrophile, telle que décrite ci-contre, pour obtenir de l’acétoïne. La présente invention permet de répondre aux besoins exprimés ci-dessus. De manière surprenante, les inventeurs ont démontré que l’acétoïne peut être isolée et purifiée de manière satisfaisante, tant du point de vue de la qualité que du rendement, en sélectionnant des membranes hydrophiles. En utilisant de telles membranes, seuls l’eau et des composés hydrophiles migrent à travers la membrane dans le perméat (filtrat), alors que l’acétoïne reste dans le rétentat (milieu traité), ce qui entraîne une déshydratation progressive et satisfaisante de l’acétoïne. Cette technique de déshydratation par pervaporation permet également de s’affranchir des contraintes de séparation associés à la formation de mélanges azéotropes. La technique d’extraction liquide-liquide, communément utilisée, a l’inconvénient d’être mise en œuvre avec des solvants, par exemple l’acétate d’éthyle, utilisés en de grande quantité. En outre, de manière désavantageuse, les inventeurs ont démontré que cette technique conduit à la formation d’impuretés, par exemple l’acétate de méthyl-allyle, produit de réaction entre l’acétoïne et l’acétate d’éthyle. Enfin, cette technique ne permet pas d’obtenir de l’acétoïne pouvant être labelisée « naturel ». La technique selon la demande PCT WO 2021/060334 A1 permet de s’affranchir de l’utilisation de solvants, mais n’est pas viable économiquement, en ce que le rendement en acétoïne est trop faible, en raison de la formation d’un mélange azéotrope eau-acétoïne et de l’élimination d’une part significative de l’acétoïne avec l’eau. Le recours à la technique de déshydratation par pervaporation selon l’invention, en utilisant une membrane hydrophile, permet de s’affranchir de l’utilisation de solvant, d’éviter la génération d’impuretés dans le produit final, de contourner les difficultés de séparation liées à la formation d’un mélange azéotrope et d’obtenir un rendement satisfaisant d’acétoïne. En outre, et de manière contre-intuitive, les inventeurs ont également démontré que l’utilisation d’une membrane hydrophile permet d’obtenir un procédé présentant une performance améliorée par rapport à un procédé utilisant une membrane organophile, c’est-à-dire un rendement et un degré de déshydratation plus élevés et ceux bien que l’eau soit initialement majoritaire dans le milieu. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES représente un graphique concernant la concentration d’acétoïne et d’eau (% massique) dans le rétentat en fonction du temps (min). représente un graphique concernant la concentration d’acétoïne dans le rétentat (% massique) et la sous-pression au niveau de la surface de permeation (.10 5 mPa) en fonction du temps (min). Procédé d’obtention d’acétoïne à partir d’un milieu à traiter comprenant de l’acétoïne, le procédé comprenant une étape de déshydratation par pervaporation au moyen d’une membrane hydrophile pour obtenir un milieu traité comprenant au moins 70 % d’acétoïne, par poids total du milieu traité. Procédé d’obtention d’acétoïne, selon la revendication 1, en ce que la membrane hydrophile est choisie parmi le groupe consistant en les membranes polymériques hydrophiles, les membranes inorganiques hydrophiles, les membranes à base de matériaux en deux dimensions hydrophiles, les membranes à matrice mélangée hydrophiles ou les membranes hydrophiles qui en dérivent. Procédé d’obtention d’acétoïne, selon l’une des revendications précédentes, en ce que la membrane hydrophile est une membrane à base de silice hydrophile ou une membrane hydrophile qui en dérive. Procédé d’obtention d’acétoïne, selon la revendication 3, en ce que la membrane à base de silice hydrophile est obtenue à partir de précurseurs organoalkoxysilanes. Procédé d’obtention d’acétoïne, selon l’une des revendications précédentes, en ce qu’une sous-pression de -700.10 5 mPa ou plus est appliquée au niveau de la surface de perméation de la membrane hydrophile. Procédé d’obtention d’acétoïne, selon l’une des revendications précédentes, en ce que l’étape de déshydratation est mise en œuvre en l’absence de solvants et/ou de sels inorganiques. Procédé d’obtention d’acétoïne, selon l’une des revendications précédentes, comprenant une étape de prétraitement du milieu à traiter mise en œuvre, avant l’étape de déshydratation, par une technique choisie parmi le groupe consistant en la centrifugation, la filtration frontale et la microfiltration. Procédé d’obtention d’acétoïne, selon l’une des revendications précédentes, comprenant une étape de posttraitement du milieu traité mise en œuvre, après l’étape de déshydratation, par distillation. Procédé d’obtention d’acétoïne, selon l’une des revendications précédentes, en ce que le milieu comprenant l’acétoïne est obtenu par un procédé biologique mis en œuvre en utilisant des microorganismes recombinants. Procédé d’obtention d’acétoïne, selon la revendication 9 précédente, en ce que les microorganismes recombinants sont des levures appartenant au genre Saccharomyces . Acétoïne, obtenu à partir du procédé, selon l’une quelconque des revendications précédentes. Utilisation d’une membrane hydrophile, selon l’une des revendications1 à 10, pour obtenir de l’acétoïne.