FR3114813A1 - Purification d’acide ferulique - Google Patents
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Abstract
Titre : Purification de composition d’acide férulique
La présente invention concerne un procédé pour purifier un milieu liquide comprenant de l’acide férulique, un solvant et au moins une impureté, le procédé comprenant une étape (a) de mise en contact du milieu liquide avec un premier agent complexant de manière à obtenir un premier précipité et un milieu liquide C1, et une étape (b) de séparation du premier précipité du milieu liquide C1 de manière à obtenir un milieu liquide F1 comprenant de l’acide férulique purifié
Description
La présente invention concerne un procédé pour purifier un milieu liquide comprenant de l’acide férulique, un solvant et au moins une impureté. L’invention concerne également une composition comprenant de l’acide férulique purifié présentant une pureté supérieure ou égale à 90%. En outre, l’invention concerne un procédé de production de vanilline naturelle employant l’acide férulique purifié selon le procédé de l’invention.
L’invention trouve des applications notamment dans le domaine de l’alimentaire, de la cosmétique et des arômes.
Art antérieur
L’acide férulique ou acide 3-(4-hydroxy-3-méthoxyphényl)prop-2-ènoïque est un antioxydant naturellement présent dans les végétaux et notamment les céréales telles que le riz, le maïs, le blé ou l’avoine. Il peut également être présent dans les co-produits solides ou liquides de l’industrie agro-alimentaire, en particulier des filières oléagineuses, céréalières, sucrières ou alcoolières.
L’acide férulique peut être préparé par synthèse chimique, ou par une voie biotechnologique dans laquelle on fait intervenir une fermentation microbienne ou une culture de tissu de végétaux. Il peut également être obtenu par une voie qualifiée de naturelle et/ou biosourcée dans laquelle une matière végétale est traitée afin d’extraire de l’acide férulique de ladite matière végétale. Par exemple, il peut être extrait à partir de sous-produits de l’industrie agro-alimentaire ou à partir de grains, par exemple selon le procédé décrit dans WO2014/187784.
L’acide férulique est utilisé dans divers domaines allant de la cosmétique à l’alimentaire, en particulier dans la préparation d’une substance aromatisante très consommée, la vanilline.
La vanilline peut être produite par synthèse chimique, toutefois les arômes naturels sont préférés aux arômes synthétiques par les consommateurs. Afin de satisfaire la demande actuelle, un intérêt particulier a été porté à la préparation de vanilline non synthétique. Ainsi, on a vu croître des méthodes de préparation de vanilline naturelle utilisant des matériaux naturels et/ou biosourcés, ces méthodes pouvant être qualifiées de naturelles selon les législations en vigueur.
Notamment, la vanille naturelle peut être obtenue par un procédé biotechnologique comprenant notamment la culture d’un microorganisme apte à permettre la biotransformation d’un substrat de fermentation en vanilline. Un tel procédé biotechnologique est par exemple décrit dans la demande EP0885968 dans laquelle un microorganisme convertit de l’acide férulique en vanilline. La vanilline naturelle ainsi obtenue subit généralement des étapes d’extraction et/ ou de purification. Par exemple, la vanilline peut être purifiée selon les méthodes décrites dans les demandes WO2014/114590, EP2791098 ou WO2018/146210.
L’acide férulique biosourcé, notamment celui disponible dans le commerce, peut présenter un degré de pureté non satisfaisant. Les impuretés présentes dans l’acide férulique proposé par les fournisseurs sont généralement non identifiées et peuvent influer sur l’efficacité des procédés industriels dans lesquels l’acide férulique est employé. De ce fait, afin d’obtenir de meilleurs rendements de production, de vanilline naturelle notamment, il est souhaitable de disposer d’un produit de départ dont la pureté est élevée.
Le document WO2004/110975 décrit le traitement du jus de cuisson à la chaux du grain de maïs conduisant à un effluent appelé nejayote contenant de l’acide férulique, le traitement comprenant une filtration, une acidification, l’adsorption de l’acide férulique sur une matrice puis le lavage de la matrice et l’élution avec un solvant organique. L’acide férulique récupéré subit ensuite une étape supplémentaire de recristallisation.
Le document CN104628553 décrit la purification d’une solution alcaline d’acide férulique dans laquelle la solution subit des passages successifs dans des systèmes de séparation membranaire pouvant occasionner des pertes d’acide férulique et une diminution du rendement en acide férulique. Le perméat ensuite obtenu est acidifié afin de précipiter l’acide férulique qui est récupéré par centrifugation ou filtration. L’acide férulique obtenu subit une étape supplémentaire de purification sur charbon activé et une purification par recristallisation.
Le document EP3612511 décrit l’extraction et la purification d’acide férulique à partir de biomasses issue de l’agriculture. La purification de l’acide férulique extrait peut être réalisée par des méthodes d’extraction employant un solvant organique.
Brève description de l’invention
La présente invention a pour but d’apporter une solution simple et efficace permettant de disposer d’acide férulique ayant une pureté suffisante pour une utilisation en fermentation directement ou indirectement.
Par ailleurs, les impuretés présentes dans les compositions solides ou liquides d’acide férulique participent à l’encrassage de l’installation industrielle avec laquelle la composition est en contact. En particulier, ces impuretés peuvent conduire à des difficultés de mise en oeuvre de l'acide férulique dans les procédés à l'échelle industrielle. Par exemple, les impuretés qui se présentent sous forme solides peuvent conduire à des dépôts, bouchages partiels ou complets ou des encrassements qui rendent la conduite du procédé difficile et conduisent à des pertes de rendement, de productivité ou de qualité du produit final. En outre, les impuretés peuvent réagir avec des réactifs, des intermédiaires ou des produits finaux de la conversion de l’acide férulique en produit d’intérêt. Il en résulte que la présence d’impuretés entraine des pertes et une baisse du rendement de production, de vanilline par exemple.
Il existe donc un besoin de disposer d’un procédé simple et économiquement viable pour purifier l’acide férulique, en particulier l’acide férulique naturel ou biosourcé.
A cet effet, l’invention a pour but de fournir un procédé de purification d’acide férulique, en particulier d’acide férulique biosourcé, avec un rendement élevé en acide férulique, notamment supérieure à 90%. L’acide férulique purifié obtenu selon l’invention peut être naturel et biosourcé, contenu dans un milieu liquide ou sous forme solide.
A cet effet, un premier aspect de l’invention propose un procédé pour purifier un milieu liquide C comprenant de l’acide férulique, un solvant et au moins une impureté, le procédé comprenant :
- une étape (a) de mise en contact du milieu liquide C avec un premier agent complexant de manière à obtenir un premier précipité et un milieu liquide C1, et
- une étape (b) de séparation du premier précipité du milieu liquide C1 de manière à obtenir un milieu liquide F1 comprenant de l’acide férulique purifié.
Des modes de réalisation pris isolément ou en combinaison prévoient en outre que :
- l’acide férulique est un acide férulique biosourcé
- le milieu liquide C1 comprend de l’acide férulique purifié présentant une pureté supérieure à 90%, de préférence supérieure à 95%
- le procédé comprend une étape (a1) dans laquelle le milieu liquide C1 obtenu suite à l’étape (a) est chauffé à une température comprise entre 40 et 70 °C, de préférence à 50°C
- le pH du milieu liquide obtenu à l’étape (a) et/ou (a1) est compris entre 6 et 9, de préférence compris entre 6 et 7
- le premier agent complexant est un cation divalent ou trivalent choisi dans le groupe constitué des métaux de transition, métaux ou alcalino-terreux ou un mélange de ceux-ci
- le premier agent complexant est choisi parmi aluminium ou zinc
- le procédé comprend une étape (c) d’ajout d’un second agent complexant au milieu liquide (F1) de manière à obtenir un second précipité et un milieu liquide (C2)
- le second précipité est distinct du premier précipité
- le second agent complexant est choisi parmi les ions phosphate, dihydrogène phosphate ou diphosphate
-le procédé comprend une étape (d) de séparation du second précipité du milieu liquide (C2) de manière à obtenir un milieu liquide (F2) comprenant l’acide férulique purifié
- le solvant est l’eau et le milieu liquide est un milieu liquide aqueux
- le procédé comprend une étape de récupération de l’acide férulique sous forme solide dans laquelle le milieu liquide F1 ou le milieu liquide F2 est amené à un pH compris entre 1 et 4, et l’acide férulique solide est séparé du milieu liquide.
Dans un second aspect, l’invention concerne une composition aqueuse d’acide férulique purifié biosourcé susceptible d’être obtenue par le procédé tel que défini ci-dessus, de préférence l’acide férulique purifié présente une pureté supérieure ou égale à 90 %, encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 95%.
Selon un autre aspect, l’invention concerne un procédé de production de vanilline naturelle comprenant – la purification d’un milieu liquide comprenant de l’acide férulique selon le procédé ci-dessus – la conversion de l’acide férulique purifié obtenu en vanilline naturelle par un procédé de bio-fermentation.
Avantageusement, le procédé selon l’invention comprend peu d’étapes, limitant ainsi les pertes en acide férulique.
Description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
Description détaillée
Dans le cadre de la présente invention, et sauf indication contraire, l’expression « compris entre x et y » inclut les valeurs x et y. Dans le cadre de la présente invention, et sauf indication contraire, le terme « ppm » signifie « partie par million ». Cette unité représente une fraction massique : 1 ppm = 1 mg/kg.
La présente invention a pour objet un procédé de purification d’un milieu liquide C comprenant de l’acide férulique, un solvant et au moins une impureté, le procédé comprenant au moins une étape (a) de mise en contact du milieu liquide C avec un premier agent complexant.
L’acide férulique d’origine naturel correspond à la formule suivante :
L’acide férulique, lorsqu’il est biosourcé, peut être désigné comme « produit naturel ». Selon les règlementations en Europe et aux Etats-Unis cela signifie que le produit est obtenu par des procédés physiques, enzymatiques ou microbiologiques et à partir de matières végétales ou animales. Par acide férulique biosourcé, on entend de l’acide férulique entièrement ou de manière significative d’origine végétale ou marine. Par exemple, l’acide férulique biosourcé peut être issu de sous-produit agricole, de plantes, de graines, de matériaux forestiers ou d’algues. En particulier, l’acide férulique biosourcé est d’origine végétale. Ainsi, l’acide férulique biosourcé n’est pas issue d’une synthèse chimique.
Le procédé de la présente invention consiste à purifier un milieu liquide C comprenant de l’acide férulique brut, le milieu contenant au moins une impureté non identifiée et un solvant. Le milieu C à purifier est aussi dénommée « milieu ou composition C de départ » ou « milieu C initial ».
Le milieu liquide C initial peut être préparé en mélangeant de l’acide férulique brut commercial sous forme solide avec un solvant. Le procédé comprend alors une étape préalable de préparation du milieu liquide C dans laquelle l’acide férulique de départ sous forme solide est mis en contact avec un solvant, de préférence le solvant est constitué d’eau.
De préférence, l’acide férulique brut sous forme solide à purifier ou dans le milieu liquide C, présente une pureté inférieure ou égale à 87%, de préférence inférieure ou égale à 85%, plus préférentiellement inférieure ou égale à 83%. Généralement, l’acide férulique brut initial présente une pureté supérieure ou égale à 60%, de préférence supérieure ou égale à 70%, plus préférentiellement supérieure ou égale à 80%.
De manière préférée, le solvant du milieu C est constitué d’eau.
Selon un mode de réalisation, l’acide férulique sous forme solide à purifier est biosourcé. Par exemple, l’acide férulique biosourcé est un acide férulique obtenu par traitement de tout ou partie de grains de maïs, ou de grains de riz ou d’avoine. A titre d’exemple, l’acide férulique biosourcé peut être produit selon le procédé décrit dans le document WO2004/187784.
Selon un mode de réalisation préféré, l’acide férulique brut initial est un acide ferulique naturel.
Suite au mélange de l’acide férulique sous forme solide et du solvant, on peut obtenir un milieu C de départ sous la forme d’une suspension comprenant une phase liquide et une phase solide insoluble dans ledit solvant.
L’acide férulique brut peut être sous forme dissoute dans la phase liquide du milieu C et/ou peut être contenu dans la phase solide du milieu liquide.
Les impuretés peuvent être sous forme dissoutes dans la phase liquide du milieu C et/ou peuvent être dans la phase solide du milieu liquide C.
Le milieu liquide C peut également être une composition liquide issue d’un procédé d’extraction d’acide férulique dans lequel au moins une matière végétale a été traitée, tel que celui décrit dans la demande WO2004/187784, celui décrit dans la demande WO 2001/06789, ou selon le document WO04110975A1.
Le ratio pondéral impuretés totales/acide férulique dans le milieu liquide C initial est généralement compris entre 0,05 et 0,5 de préférence 0,20 et 0,25. Ainsi, le procédé selon l’invention vise à éliminer tout ou partie de ces impuretés afin d’améliorer la pureté de l’acide férulique initial.
Selon le procédé de l’invention, le milieu liquide C comprenant l’acide férulique à purifier, est mis en contact avec un premier agent complexant. Par « agent complexant », on entend une substance apte à générer un précipité insoluble dans le solvant du milieu liquide, en particulier insoluble dans l’eau.
Selon un mode de réalisation, le premier agent complexant est un cation, en solution dans un solvant, de préférence dans l’eau ou dans un mélange de solvant.
Par exemple, le premier agent complexant est avantageusement sous la forme d’une solution de sel de cation monovalent, divalent, trivalent, tétravalent ou pentavalent, en particulier un sel de cation divalent ou trivalent.
Le sel de cation, en particulier divalent ou trivalent, peut être un sel de sulfate, chlorure, nitrate, carbonate, phosphate, hydroxyde, acétate ou un mélange de ceux-ci.
Le cation, notamment divalent ou trivalent, peut être choisi dans le groupe constitué des métaux de transition, des métaux, des alcalino-terreux ou des terres-rares, étant entendu que le cation , lorsqu’il est mis en contact avec le milieu C de départ, est apte à former un précipité insoluble dans le solvant du milieu C, en particulier dans l’eau.
Dans un mode de réalisation, le premier agent complexant est un cation d’un métal de transition choisi dans le groupe constitué du fer, nickel, cuivre, titane, zirconium ou un mélange de ceux-ci, de préférence choisi parmi le fer ou le cuivre.
Selon un mode de réalisation, le premier agent complexant est un cation métallique choisi dans le groupe constitué de l’aluminium et zinc.
Selon un autre mode de réalisation, le premier agent complexant est un cation d’un alcalino-terreux choisi dans le groupe constitué du calcium et du magnésium.
Selon une variante, le premier agent complexant est choisi dans le groupe constitué des terres-rares tels que ytrium ou lanthanides, ou des oxydes métalliques tels que Al2O3, TiO2, SiO2et/ou ZnO.
Lorsque le milieu liquide C est obtenu à partir d’acide férulique brut sous forme solide, la quantité du premier agent complexant ajouté au milieu liquide C peut être supérieure ou égale à 1%, de préférence supérieure ou égale à 5% en poids par rapport au poids total de l’acide férulique brut sous forme solide de départ. Selon un aspect, la quantité du premier agent complexant est inférieure ou égale à 12%, de préférence inférieure ou égale à 10% en poids par rapport au poids total de l’acide férulique brut sous forme solide de départ.
Ainsi, le premier agent complexant forme un complexe avec une ou plusieurs impuretés du milieu liquide C pour former un premier précipité. De manière avantageuse, le premier agent complexant interagit de manière sélective avec une ou plusieurs impuretés du milieu C mais n’interagit pas ou peu avec l’acide férulique présent dans le milieu C.
Suite à la mise en contact du milieu C et du premier agent complexant, un premier précipité est formé.
On appelle « milieu liquide C1 » le milieu obtenu après l’ajout du premier agent complexant au milieu liquide C. Le milieu C1 comprend un solvant ou un mélange de solvant, l’acide férulique, le premier précipité et au moins une impureté.
Ainsi, l’étape (a) de mise en contact du milieu liquide C avec un premier agent complexant permet d’obtenir un premier précipité et un milieu liquide C1, le milieu liquide C1 comprenant le premier précipité.
Le solvant du milieu liquide C1 peut comprendre le solvant du milieu C de départ et éventuellement le solvant du premier agent complexant. Dans un mode de réalisation préféré, le solvant comprend ou est constitué d’eau.
L’acide férulique du milieu C1 peut être sous forme dissoute dans le solvant du milieu C1 et/ou peut être dans la phase solide du milieu liquide C1.
Les impuretés connues ou non identifiées peuvent être sous forme dissoutes dans le solvant du milieu C1 et/ou peuvent être dans le précipité du milieu liquide C.
Sans vouloir être lié par une quelconque théorie, les inventeurs sont d’avis que le premier précipité est constitué partiellement ou totalement d’un complexe formé entre au moins un cation (premier agent complexant) et au moins une impureté. En particulier, le complexe formé est un complexe comprenant un cation divalent ou trivalent. Par ailleurs, les inventeurs sont d’avis que l’au moins une impureté est un matériau lignocellulosique choisi dans le groupe constitué de la lignine, la cellulose, la lignocellulose et l’hémicellulose.
Dans un exemple de réalisation, l’au moins une impureté est un oligomère d’acides hydroxycinnamiques, tel qu’un dimère, trimère ou tétramères de l’acide férulique ou un mélange de ceux-ci. De manière surprenante, le premier complexe est formé de manière sélective entre le premier agent complexant et au moins une impureté, par rapport à l’acide férulique présent dans le milieu liquide C de départ.
Par matériau lignocellulosique, on entend un matériau contenant de la cellulose, de l’hémicellulose ou de la lignine.
La lignine est un composé macromoléculaire et un composant structural majeur de la paroi des cellules végétales.
Le dimère de l’acide férulique peut être un acide dihydroférulique de structure suivante :
Le trimère de l’acide férulique peut être un acide déhydrotriférulique de structure suivante :
Le tétramère de l’acide férulique peut être un acide déhydrotétraférulique de structure suivante :
Ainsi, en particulier, le milieu liquide C comprend de l’acide férulique, un solvant et au moins une impureté choisie dans le groupe constitué de la lignine et de la lignocellulose. De préférence, l’acide férulique présente une pureté supérieure ou égale à 80%.
Selon une variante, le milieu liquide C comprend de l’acide férulique, un solvant et au moins une impureté choisie dans le groupe constitué des dimères, trimères ou tétramères de l’acide férulique. De préférence, l’acide férulique présente une pureté supérieure ou égale à 80%.
Par ailleurs, les inventeurs ont mis en évidence que les impuretés présentes dans le milieu liquide C peuvent comprendre l’acide coumarique.
Ainsi, le milieu liquide C tel que défini ci-dessus peut comprendre en outre de l’acide coumarique.
Selon une variante, le milieu liquide C1 comprend de l’acide férulique, un solvant ou un mélange de solvant et de l’acide coumarique.
L’acide coumarique d’origine naturelle répond à la formule suivante :
Les inventeurs ont trouvé que le milieu liquide C peut comprendre au moins 0,5% d’acide coumarique, par exemple au moins 0,9 % d’acide coumarique, notamment moins de 2% d’acide coumarique en poids par rapport au poids total d’acide ferulique brut sous forme solide initial.
Selon un mode de réalisation, le milieu liquide C de départ comprend au moins 5% de lignine, par exemple plus de 12% de lignine, notamment moins de 16 % de lignine en poids par rapport total d’acide férulique brut sous forme solide.
Selon un aspect, le milieu liquide C de départ comprend au moins 5% de dimères, trimères et/ou tétramères de l’acide férulique, par exemple plus de 12%, notamment moins de 16 % de dimères, trimères et/ou tétramères de l’acide férulique, en poids par rapport au poids total d’acide férulique brut sous forme solide initial.
Selon un mode de réalisation préféré, dans une étape (a1), le milieu liquide C1 obtenu à l’étape (a) est chauffée à une température comprise entre 40°C et 70°C °C, de préférence à une température comprise entre 50°C et 60 °C. Avantageusement lorsqu’on opère dans la gamme de température selon l’invention, il est possible d’éviter la dégradation de l’acide férulique. Le contenant dans lequel le milieu C1 est contenu peut être chauffé par des moyens de chauffage adaptés tel qu’un fluide caloporteur.
Selon un mode de réalisation préféré, le pH du milieu liquide C1 est ajusté et est compris entre 6 et 9, de préférence entre 6,5 et 7,5. Le pH peut être ajusté avec une base, de préférence une base forte. De manière avantageuse, la base est choisie parmi les bases minérales solubles dans l’eau. En particulier, la base est choisie dans le groupe constitué des hydroxydes de métaux alcalins, des hydroxydes de métaux alcalino-terreux, des hydrogénocarbonates de métaux alcalins, des hydrogénocarbonates de métaux alcalino-terreux, et leurs mélanges. De manière préférée, la base est choisie parmi NaOH, KOH, CaO, Ca(OH)2et Na2CO3. En outre, l’ajustement du pH permet d’obtenir l’acide férulique sous forme de férulate et ainsi de solubiliser l’acide férulique dans le milieu liquide, en particulier dans un milieu liquide aqueux.
Le premier précipité formé à l’étape (a) est ensuite séparé du milieu liquide C1, dans une étape (b), pour conduire à un milieu liquide F1 d’une part et au premier précipité d’autre part.
De préférence, l’étape (b) de séparation solide/liquide est réalisée à chaud, le milieu liquide C1 étant chauffé entre 40°C et 70°C et présentant un pH compris entre 6 et 9.
Le milieu liquide F1 comprend l’acide férulique purifié, un ou plusieurs solvants et au moins une impureté en quantité réduite, ladite impureté étant choisie dans le groupe constitué de dimères, trimères et/ou tétramères de l’acide férulique, l’acide coumarique et la lignine. Le milieu liquide F1 est un milieu liquide homogène, et préférentiellement le solvant comprend de l’eau ou est constitué d’eau.
Par « acide ferulique purifié » on entend de l’acide férulique solide ou dans un milieu liquide, ledit acide étant débarrassé au moins partiellement d’au moins une impureté. L’acide férulique purifié est donc un acide férulique comprenant une quantité réduite d’impuretés, en poids ou en mole, par rapport à l’acide férulique brut de départ. Ainsi, l’acide férulique purifié se caractérise par une pureté supérieure comparativement à la pureté de l’acide férulique de départ.
Avantageusement, après l’étape (b), la masse sèche d’au moins impureté est diminuée au moins de moitié par rapport à la masse sèche de la même impureté dans le milieu C.
De manière avantageuse, la pureté de l’acide férulique, en particulier biosourcé, dans le milieu liquide F1 est supérieure ou égale à 87%, de préférence supérieure ou égale à 90%, plus préférentiellement supérieur ou égale à 95%.
Le milieu liquide F1 contient également de manière résiduelle, le premier agent complexant sous la forme de cation.
La teneur résiduelle en poids du premier agent complexant (cation) dans le milieu liquide F1 est supérieure ou égale à 5 ppm, de préférence supérieure ou égale à 300 ppm, plus préférentiellement supérieure ou égale à 400 ppm par rapport au poids du milieu F1. Selon un aspect la teneur résiduelle en poids du premier agent complexant dans le milieu liquide F1 est inférieure à 2000 ppm par rapport au poids du milieu F1.
Ainsi, à l’issue de l’étape (b) du procédé selon l’invention, on obtient un acide férulique purifié, de préférence biosourcé, à partir d’une solution impure d’acide férulique.
Selon une variante, le procédé concerne un procédé de purification d’un milieu liquide comprenant de l’acide férulique ayant un degré de pureté supérieur ou égale à 80%, le procédé comprenant :
- une étape (a) d’obtention d’un premier précipité et d’un milieu liquide C1, le milieu liquide C1 comprenant un solvant, de l’acide férulique, le premier précipité et au moins une impureté, par exemple de l’acide coumarique,
- une étape (a1) de chauffage du milieu liquide C1 obtenue à l’étape (a), le milieu C1 étant amené à une température comprise entre 40°C et 70°C, le pH du milieu liquide C1 étant entre 6 et 9, et
- une étape (b) de séparation du premier précipité et du milieu C1 chaud de manière à obtenir un milieu liquide F1 comprenant l’acide férulique purifié.
Dans un mode particulier de mise en œuvre de l’invention, le procédé comprend en outre une étape (c) dans laquelle un second agent complexant est ajouté au milieu liquide F1. Ainsi, l’étape (c) est ultérieure à l’étape (b) d’isolement du précipité.
Le second agent complexant peut être un anion choisi dans le groupe constitué par les ions phosphates PO4 3-, dihydrogène phosphate H2(PO4)-, diphosphates P2O7 4 -, oxalates (COO)2 2 -, vanadates VO4 3-ou leur mélange. De manière avantageuse, le second agent complexant est en solution, de préférence en solution aqueuse.
Généralement, le ratio molaire second agent complexant/premier agent complexant résiduel est compris entre 1 et 3 de préférence entre 1,1 et 1,8.
Suite à l’ajout du second agent complexant dans le milieu F1, un second précipité se forme. Le second précipité est distinct du premier précipité. En outre, on obtient un milieu liquide C2 comprenant le second précipité, un solvant, de l’acide férulique purifié et au moins une impureté choisie parmi les dimères, trimères et/ou tétramères de l’acide férulique, l’acide coumarique et la lignine. Le solvant du milieu liquide C2 peut comprendre le solvant du milieu C de départ et éventuellement le solvant du premier agent complexant et/ou le solvant du second agent complexant. Dans un mode de réalisation préféré, le solvant du milieu C2 comprend ou est constitué d’eau.
Suite à l’étape (c) de formation du second précité, le procédé peut comprendre une étape (d) de séparation du second précipité du milieu liquide C2 afin d’obtenir d’une part le second précipité et d’autre part un milieu liquide F2.
Le milieu liquide F2 comprend un solvant ou un mélange de solvant, de l’acide férulique purifié et au moins une impureté résiduelle, par exemple les dimères, trimères et/ou tétramères de l’acide férulique, l’acide coumarique et la lignine. Le solvant du milieu liquide F2 peut comprendre le solvant du milieu C de départ, le solvant du premier agent complexant et/ou le solvant du second agent complexant. Dans un mode de réalisation préféré, le solvant du milieu F2 comprend ou est constitué d’eau. De manière avantageuse, les inventeurs ont trouvé que l’ajout du second agent complexant permet, après séparation du second précipité, d’obtenir un milieu liquide F2 utilisable directement dans un procédé de préparation de vanilline par -fermentation d’acide férulique.
La teneur résiduelle du premier agent complexant dans le milieu liquide F2 est supérieure ou égale à 1 ppm, de préférence supérieure ou égale à 20 ppm, plus préférentiellement supérieure ou égale à 40 ppm par rapport au poids du milieu F2. Avantageusement, la teneur résiduelle en premier agent complexant dans la composition F2 est inférieure à 70 ppm par rapport au poids du milieu F2.
La séparation du premier précipité du milieu C1 ou du second précipité du milieu liquide C2 peut être réalisée par toutes techniques de séparation solide/liquide adéquate, incluant mais non limitée à la filtration, centrifugation, décantation etc.
Selon l’invention, la séparation du premier précité ou du second précipité du milieu liquide dans lequel il est contenu est réalisée par filtration, par exemple par filtration sur membrane telle que l’ultrafiltration ou microfiltration, ou par filtration sur fritté, ou par des techniques industrielles telles que la filtration avec des toiles de filtration, des filtres presse ou des cartouches de filtration.
Ainsi, le milieu C1 est filtré et le filtrat obtenu correspondant au milieu F1 comprend de l’acide férulique ayant une pureté supérieure ou égale à 90%, notamment supérieure ou égale à 93%.
La filtration du milieu C2 conduit à un filtrat correspondant au milieu F2 comprenant de l’acide férulique ayant une pureté supérieure ou égale à 90%, notamment supérieure ou égale à 93%.
Selon un mode de mise en œuvre préféré, le milieu liquide C et/ou C1 et/ou C2 et/ou F1 et/ou F2 du procédé selon l’invention est un milieu liquide aqueux constitué d’eau. Avantageusement, le procédé selon l’invention permet d’opérer en milieu aqueux et ne comprend pas l’utilisation de solvant organique.
Généralement, dans le milieu liquide l’acide férulique est sous forme salifié dissous, c’est-à-dire sous forme de férulate. Lorsque l’acide férulique est sous forme de férulate dans le milieu liquide, le procédé selon l’invention comprend en outre une étape d’ajustement du pH du milieu liquide afin de précipiter l’acide ferulique. L’ajustement du pH peut être réalisé par ajout d’un acide tel qu’un acide fort ou un acide de Lewis. De préférence, l’acide est choisi dans le groupe constitué de HCl, H2SO4, H3PO4ou acide para-toluène sulfonique. L’acide férulique précipité est séparé du milieu liquide, selon les méthodes citées ci-dessus, et est séché afin d’obtenir l’acide férulique purifié sous la forme d’un solide. L’acide férulique sous forme solide obtenu est séché selon des techniques classiques, par exemple en utilisant des séchoirs par contact à pression atmosphérique ou sous pression réduite.
Selon un mode de réalisation, l’invention concerne un procédé pour purifier un milieu liquide C comprenant de l’acide férulique, un solvant et au moins une impureté, le procédé comprenant :
- une étape (a) de mise en contact du milieu liquide C avec un premier agent complexant de manière à obtenir un premier précipité et un milieu liquide C1, et
- une étape (b) de séparation du premier précipité du milieu liquide C1 de manière à obtenir un milieu liquide F1 comprenant de l’acide férulique purifié,
-une étape de récupération de l’acide férulique sous forme solide
De manière avantageuse, le procédé selon l’invention ne requiert pas d’étape préalable de filtration du milieu liquide C de départ, permettant ainsi de minimiser les pertes dues à un nombre d’étapes trop important. En outre, le procédé selon l’invention peut être opéré sans l’utilisation de solvant organique et donc de manière plus respectueuse de l’environnement. Il est ainsi possible d’opérer le procédé de purification dans des conditions douces afin de conduire à une composition d’acide férulique naturelle.
Par ailleurs , de manière avantageuse, le rendement en acide férulique purifié, dans le milieu F1 ou dans le milieu F2 ou sous forme solide, est supérieur ou égale à 85%, de préférence supérieur ou égale à 90, plus préférentiellement supérieur ou égale à 95%.
La présente invention porte également sur une composition d’acide férulique purifiée susceptible d’être obtenue par le procédé selon l’invention. Généralement, l’acide férulique de la composition est sous forme salifié c’est-à-dire sous forme d’ion férulate.
Selon un aspect, la composition d’acide férulique purifiée selon l’invention peut comprendre de l’acide férulique purifié, une phase liquide et au moins une impureté choisie parmi les dimères, trimères et/ou tétramères de l’acide férulique, l’acide coumarique et/ou la lignine. Par exemple, la composition d’acide férulique purifiée peut être le milieu liquide F1 ou le milieu liquide F2.
Selon un aspect, la composition d’acide férulique selon l’invention est une composition liquide aqueuse comprenant entre 1% et 15% d’acide férulique purifié, de préférence entre 5% et 10% en poids par rapport au poids de la composition.
Selon un aspect, la teneur résiduelle en lignine ou dimères ou trimères et/ou tétramères de l’acide férulique dans la composition est comprise entre 1500 et 9000 ppm, de préférence entre 2500 et 8000 ppm, par rapport au poids de la composition.
Selon un aspect, la teneur résiduelle en premier agent complexant est comprise entre 10 ppm et 650 ppm, de préférence entre 70 ppm et 200 ppm, par rapport au poids de la composition.
En particulier, la composition d’acide férulique purifié selon l’invention peut être sous forme solide, par exemple elle peut correspondre à l’acide férulique purifié solide obtenu après l’étape d’acidification du milieu F1 ou du milieu F2.
Selon un aspect, la composition aqueuse d’acide férulique purifié comprend de l’acide férulique ayant une pureté supérieure ou égale à 90 %, de préférence supérieure ou égale à 95%. Avantageusement, la composition selon l’invention ne présente pas ou peu de particules insolubles dans l’eau. Avantageusement, la composition d’acide férulique purifié ou l’acide férulique purifié peut être utilisé(e), directement ou indirectement, dans un fermenteur de bioconversion afin d’être converti par un microorganisme en vanilline naturelle. De manière très avantageuse, la composition constituée du milieu liquide F2 peut être utilisée directement dans un fermenteur afin d’être transformée en vanilline par un microorganisme, par exemple selon la méthode décrite dans EP0885968.
Selon un aspect, la composition d’acide férulique solide selon l’invention présente une pureté supérieure ou égale 85%, de préférence supérieure ou égale 90%. Par exemple, la pureté peut être de 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, ou 98%. Grâce au procédé selon l’invention, les équipements utilisés pour la production et/ou la purification de vanilline présentent un niveau de colmatage réduit de manière significative. Ainsi, il est possible de disposer d’une composition d’acide férulique purifié qui puisse être employé facilement en industrie et permettant d’atteindre un meilleur rendement lors de la production de vanilline notamment.
Dans une mise en œuvre particulièrement préféré du procédé, la composition d’acide férulique obtenue est un acide férulique naturel.
La présente invention porte également sur un procédé de préparation d’acide férulique dans lequel l’acide férulique est purifié selon le procédé de purification tel que défini précédemment.
La présente invention concerne également l’utilisation d’une composition d’acide férulique ou d’acide férulique purifié obtenu par le procédé décrit ci-dessus, pour la préparation de vanilline, en particulier de vanilline naturelle.
L’invention concerne également un procédé de production de vanilline naturelle comprenant – la purification d’un milieu comprenant de l’acide férulique selon le procédé tel que décrit précédemment – la transformation de l’acide férulique purifié obtenu en vanilline naturelle par un procédé de fermentation.
En référence au schéma de la , le milieu liquide C de départ est préparé en mélangeant de l’acide férulique brut biosourcé commercial avec sept fois son poids d’eau. L’acide férulique brut de départ présente une pureté de 82% et contient des impuretés identifiées et non identifiées. Le mélange obtenu se présente sous forme d’une suspension comprenant le milieu liquide aqueux C et des particules solides en suspension dans le milieu liquide C (non représenté). Dans une étape (a), le milieu liquide C de départ est mis en contact avec une solution aqueuse comprenant le premier agent de complexion. Suite au mélange du milieu C initial avec la solution aqueuse du premier agent de complexion, un milieu liquide aqueux C1 est obtenu et un premier précité est formé. Le milieu C1 résultant est une suspension comprenant notamment une phase liquide aqueuse et le premier précité. Dans une étape (a1), le milieu aqueux C1 est chauffé à 50°C puis le pH du milieu C1 est amené à 6,8. Dans une étape (b), le milieu liquide C1 chaud est filtré avec un dispositif de filtration afin de séparer et/ou d’isoler le premier précipité. Optionnellement, le premier précipité est lavé avec de l’eau chauffée à 50°C à pH alcalin. La filtration conduit à un milieu F1 liquide comprenant de l’eau, de l’acide férulique purifié et au moins une impureté en quantité réduite. D’autre part, le premier précipité est retenu par le dispositif de filtration. De manière avantageuse, la pureté du férulate contenu dans le milieu liquide C1 ainsi obtenu est supérieure à la pureté de l’acide férulique du milieu C de départ. Enfin, dans une étape optionnelle, afin d’obtenir l’acide férulique sous forme solide, le milieu C1 est acidifié à pH 2-3. Le liquide du milieu C1 est séparé de l’acide férulique solide obtenu par filtration. (non représenté).
En référence à la , les étapes (a), (a1) et (b) du mode de réalisation selon la sont effectuées. Suite à l’étape (b) de filtration, un milieu liquide aqueux F1 est obtenu. Puis, dans une étape (c), le milieu liquide F1 est mis en contact avec une solution aqueuse du second agent complexant. Un second précipité se forme alors. La composition résultante est le milieu C2 comprenant le second précipité, un solvant aqueux et au moins une impureté résiduelle. Le milieu C2 est filtré dans une étape (d) pour conduire au second précipité d’une part, et à un filtrat F2 d’autre part. Le filtrat est récupéré et correspond au milieu F2, F2 étant un milieu liquide dépourvue de précipité ou de particules. Avantageusement, la composition F2 peut être utilisée directement dans un procédé microbiologique de préparation de vanilline.
Exemples
Les exemples ci-après entendent illustrer l’invention sans toutefois la limiter.
Exemple 1: Purification d’acide férulique biosourcé commerciale
Un milieu C comprenant de l’acide férulique a été préparé en mélangeant de l’acide férulique commercial sous forme solide (55 g) et de l’eau (409 g). Le milieu C obtenu est agité à température ambiante pendant 30 min. 29 mL d’une solution aqueuse de sulfate de zinc (100 g/L) est ajoutée au milieu C puis le milieu est amenée à la température de 50°C et le pH est ajusté à 6,8. Le milieu C1 obtenu est filtré sur toile de filtration et le filtrat F1 est récupéré. On obtient ainsi un milieu F1 liquide comprenant l’acide férulique purifié.
Les résultats de l’exemple 1 sont présentés dans le tableau 1 ci-dessous :
| Milieu liquide C (100 g) | Milieu F1 (100 g) | |
| Ratio impuretés / acide férulique | 0,22 | 0,09 |
| Quantité d’acide coumarique (g) | 0,7 | 0,6 |
| Quantité d’acide férulique (g) | 44,9 | 40 |
| Pureté de l’acide férulique | 82 % | 92 |
Exemple 2comparatif
L’exemple 2 ne comprend pas d’étape d’ajout d’un premier agent complexant ou d’un second agent complexant. Le milieu C comprenant de l'acide férulique a été préparé en mélangeant de l’acide férulique commercial sous forme solide (50 g) et de l’eau (413 g). Le milieu C obtenu est agité à température ambiante pendant 30 min. Le milieu est amené à la température de 50°C et le pH est ajusté à 6,8. Le milieu C1 obtenu est filtré sur toile de filtration et le milieu liquide F1 est récupéré. On obtient ainsi un milieu F1 liquide comprenant l’acide férulique purifié.
Les résultats de l’exemple 2 sont présentés dans le tableau ci-dessous :
| Milieu liquide C (100 g) | Milieu F1 (100 g) | |
| Ratio impuretés / acide férulique | 0,22 | 0.19 |
| Quantité d’acide coumarique (g) | 0,6 | 0 ,6 |
| Quantité d’acide férulique (g) | 41,4 | 40,4 |
| Pureté de l’acide férulique | 82% | 84% |
Ainsi, comme le montre le tableau 2, le procédé selon l’invention permet la purification d’un milieu liquide comprenant de l’acide férulique.
Claims (10)
- Procédé pour purifier un milieu liquide C comprenant de l’acide férulique, un solvant et au moins une impureté, le procédé comprenant :
- une étape (a) de mise en contact du milieu liquide C avec un premier agent complexant de manière à obtenir un premier précipité et un milieu liquide C1, et
- une étape (b) de séparation du premier précipité du milieu liquide C1 de manière à obtenir un milieu liquide F1 comprenant de l’acide férulique purifié. - Procédé selon la revendication 1 dans lequel l’acide férulique est un acide férulique biosourcé.
- 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le milieu liquide C1 comprend de l’acide férulique purifié présentant une pureté supérieure à 90%, de préférence supérieure à 95%.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant une étape (a1) dans laquelle le milieu liquide C1obtenu suite à l’étape (a) est chauffé à une température comprise entre 40 et 70 °C, de préférence à 50°C.
- Procédé selon la revendication 4 dans lequel le pH de la composition obtenue à l’étape (a) et/ou (a1) est compris entre 6 et 9, de préférence compris entre 6 et 7.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le premier agent complexant est un cation divalent ou trivalent choisi dans le groupe constitué des métaux de transition, métaux ou alcalino-terreux ou un mélange de ceux-ci.
- Procédé selon la revendication 6 dans lequel le premier agent complexant est choisi parmi aluminium ou zinc.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant en outre une étape (c) d’ajout d’un second agent complexant au milieu F1 de manière à obtenir un second précipité et un milieu liquide (C2).
- Procédé selon la revendication 8 dans lequel le second agent complexant est choisi parmi les ions phosphate, dihydrogène phosphate ou diphosphate.
- 10. Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 9 comprenant une étape (d) de séparation du second précipité du milieu liquide (C2) afin d’obtenir un milieu liquide (F2) comprenant l’acide férulique purifié.
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