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WO2010070123A1 - Nouveau procede d'hydrolyse controlee des polysaccharides - Google Patents

Nouveau procede d'hydrolyse controlee des polysaccharides Download PDF

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Publication number
WO2010070123A1
WO2010070123A1 PCT/EP2009/067581 EP2009067581W WO2010070123A1 WO 2010070123 A1 WO2010070123 A1 WO 2010070123A1 EP 2009067581 W EP2009067581 W EP 2009067581W WO 2010070123 A1 WO2010070123 A1 WO 2010070123A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
polysaccharide
hydrolysis
acid gas
polysaccharides
controlled hydrolysis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2009/067581
Other languages
English (en)
Inventor
Roberto Nervo
Alain Heyraud
Daniel Samain
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KALYS
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
KALYS
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KALYS, Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical KALYS
Publication of WO2010070123A1 publication Critical patent/WO2010070123A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B37/00—Preparation of polysaccharides not provided for in groups C08B1/00 - C08B35/00; Derivatives thereof
    • C08B37/006—Heteroglycans, i.e. polysaccharides having more than one sugar residue in the main chain in either alternating or less regular sequence; Gellans; Succinoglycans; Arabinogalactans; Tragacanth or gum tragacanth or traganth from Astragalus; Gum Karaya from Sterculia urens; Gum Ghatti from Anogeissus latifolia; Derivatives thereof
    • C08B37/0087—Glucomannans or galactomannans; Tara or tara gum, i.e. D-mannose and D-galactose units, e.g. from Cesalpinia spinosa; Tamarind gum, i.e. D-galactose, D-glucose and D-xylose units, e.g. from Tamarindus indica; Gum Arabic, i.e. L-arabinose, L-rhamnose, D-galactose and D-glucuronic acid units, e.g. from Acacia Senegal or Acacia Seyal; Derivatives thereof
    • C08B37/009—Konjac gum or konjac mannan, i.e. beta-D-glucose and beta-D-mannose units linked by 1,4 bonds, e.g. from Amorphophallus species; Derivatives thereof
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    • C08B15/00—Preparation of other cellulose derivatives or modified cellulose, e.g. complexes
    • C08B15/02—Oxycellulose; Hydrocellulose; Cellulosehydrate, e.g. microcrystalline cellulose
    • C08B15/04—Carboxycellulose, e.g. prepared by oxidation with nitrogen dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B31/00—Preparation of derivatives of starch
    • C08B31/18—Oxidised starch
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08B37/0021—Dextran, i.e. (alpha-1,4)-D-glucan; Derivatives thereof, e.g. Sephadex, i.e. crosslinked dextran
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    • C08B37/0096—Guar, guar gum, guar flour, guaran, i.e. (beta-1,4) linked D-mannose units in the main chain branched with D-galactose units in (alpha-1,6), e.g. from Cyamopsis Tetragonolobus; Derivatives thereof

Definitions

  • the present invention relates to a method of controlled hydrolysis of polysaccharides using an acid in the gaseous state.
  • Polysaccharides are an important family of molecules of interest for human food but also for the industry that transforms polysaccharides by chemical or biological processes.
  • the glucomannan of Amorphophallus sp. is a high molecular weight polymer (2 ⁇ 10 5 to 10 6 g mol -1 ) consisting of ⁇ - (1-4) -linked D-glucose (G) and D-mannose (M) residues with a non-homogeneous primary structure.
  • the M / G ratio characteristic of this type of polysaccharide is 1.6 and the distribution of residues is random.
  • the residues have C 2, C 3 or C 6 acetyl (3 to 11%) substituents of the mannose and the polymer can be weakly branched ( ⁇ 8%). If these structural details govern the properties in solution and the gelling abilities of glucomannans, on a purely nutritional level, they can also have a preponderant role.
  • Molecular weight leads to differences in background depending on the application: thus molecules of low molecular weight will show very different macroscopic results, such as solubility, transparency, mouth or taste.
  • polysaccharides can produce different effects depending on their structural characteristics and their molar mass during their fermentation in the intestine.
  • the conventional routes for obtaining oligosaccharides from polysaccharides are hydrolysis by enzymatic or acid catalysis in an aqueous medium.
  • EP 0 268 885 describes a process for the hydrolysis of glycosaminoglycans in the presence of hypochloric acid.
  • the hydrolysis in aqueous medium of the polysaccharides leads to several technical problems.
  • the dissolution in solution is very difficult to implement because it requires large amounts of liquid, a reactor of very large volume and in some cases almost impossible because strongly depends on the solubility of the polysaccharides to be hydrolysed.
  • the polysaccharide solutions quickly become very viscous by limiting the mechanical agitation. Then, the recovery of the products after the reaction is not always easy. There is the need to atomize or lyophilize the liquid hydrolyzate containing the final product.
  • oligosaccharides obtained in particular with enzymatic or acidic hydrolysis in an aqueous medium exhibit an accumulation of mono-, di-, trisaccharides and undesirable molecules. This therefore requires subsequent purification steps by ultrafiltration or liquid chromatography.
  • DE4426443 also relates to the manufacture of polycarboxylates by the oxidation of polysaccharides.
  • FR2 873 700 relates to a controlled oxidation process of polysaccharides in which the reaction is carried out in an inert gas in the supercritical state.
  • GB779820 also relates to the oxidation of cellulose in the presence of NO 2 .
  • US2003 / 0073663 relates to medical devices composed of oxidized polysaccharides. METHOCEL is dissolved in water, frozen and the oxidation is carried out with gaseous NO 2 .
  • Butrim et al. (2001) describe the kinetics of oxidation of starch by N 2 O 4 in CCl 4 in the liquid phase.
  • WO2006 / 018552 describes a controlled oxidation process of polysaccharides using an oxidizing agent such as NO 2 in which the oxidation reaction is carried out in a densified fluid which is inert with respect to the oxidizing agents used. artwork.
  • the oligosaccharides are essentially produced either by synthetic routes or by acid or enzymatic depolymerization in an aqueous or organic liquid medium.
  • the existing methods are limited because they require a lot of steps and are not economical.
  • the products do not have a molecular weight distribution that is still suitable for the intended applications.
  • Acidic hydrolysis is difficult to control, DPs are very low, temperatures are quite high, and reactor volume is important, especially for industrial applications.
  • Enzymatic hydrolysis requires a specific enzyme, not always commercial, and difficult to find because of the specific type of glycosidic bond that characterizes the structure of the polysaccharide to be treated.
  • the invention relates to a new process for obtaining oligosaccharides by depolymerization of natural polysaccharides.
  • This process is carried out by a heterogeneous chemical reaction which takes place in a gaseous medium under the action of nitrogen dioxide (NO 2 and N 2 O 4 ) or other acid gases.
  • NO 2 and N 2 O 4 nitrogen dioxide
  • the reaction leads against all expectations to oligosaccharides functionalized or not, size and DS (degree of substitution) defined and reproducible.
  • This reaction which comprises only one step, makes it possible at the same time to manufacture oligosaccharides and to obtain new structures. It also proves that it makes it possible to overcome the accumulation of mono-, di- and trisaccharides, typical of existing competing methods. The process ends with washing and drying.
  • the applications envisaged are in fields as varied as the food industry, pharmaceuticals, plant biotechnologies, cosmetics, nutraceuticals and infectious diseases.
  • the controlled hydrolysis processes of the polysaccharides according to the invention make it possible to hydrolyze the primary or main chains of the polysaccharides without hydrolyzing the side chains. It is therefore mainly the glycoside bonds of the main chain of the polysaccharide which are hydrolysed in the processes according to the invention.
  • the primary structure of the starting polysaccharide which can be branched or include sugars in side groups or substituents is therefore retained.
  • the controlled hydrolysis processes of the polysaccharides according to the invention make it possible to hydrolyze the polysaccharides without modifying the substituent groups carried by the polysaccharides.
  • substituent groups pyruvate are not affected while these groups are modified during acid hydrolysis in aqueous medium.
  • the processes according to the invention make use of a technology that does not require prior preparation of the polysaccharide to be modified.
  • Any type of product may be modified by the process according to the invention, whether it be a crude or purified product.
  • the methods according to the invention do not have a high energy requirement to implement stirring (gaseous diffusion), there is little risk of clogging reactors or blocking of moving parts. Obtaining the final product does not require spray drying or lyophilization.
  • the processes according to the invention make use of a technology that is economical in reagents and therefore quite clean compared to a conventional form in aqueous media.
  • Oligosaccharides and polysaccharides obtained by controlled depolymerization have many applications in the food field but also in various fields such as the pharmaceutical field, the biomedical field and cosmetics.
  • the invention thus relates to a method for controlled hydrolysis of a polysaccharide comprising the following steps:
  • a polysaccharide in the solid state is available, the initial water content of the polysaccharide is adjusted to a content of between 5% and 30% w / w, the polysaccharide is hydrolysed in the presence of an acid gas at a temperature less than 50oC,
  • the method comprises the following steps:
  • a polysaccharide in the solid state is available, the initial water content of the polysaccharide is adjusted to a content of between 5% and 30% w / w, the polysaccharide is hydrolysed in the presence of an acid gas at a temperature of less than 50 ° C., the acid gas is eliminated, the hydrolyzed polysaccharide is washed with an alcoholic solvent, the hydrolyzed polysaccharide is neutralized,
  • the hydrolyzed polysaccharide is dried.
  • the water content of the polysaccharide is maintained between 5% and 30% w / w.
  • the initial water content of the polysaccharide is adjusted to a content of between 10% and 20% w / w and / or during the step of hydrolysis of the polysaccharide in the presence of an acidic gas the water content of the polysaccharide is maintained or adjusted between 5% and 30% w / w.
  • the initial water content of the polysaccharide is adjusted and / or during the step of hydrolysis of the polysaccharide in the presence of an acid gas, the water content of the polysaccharide is maintained so as to obtain a hydrolysis product of which the DP is between 5 and 200.
  • the initial water content of the polysaccharide is adjusted and / or during the step of hydrolysis of the polysaccharide in the presence of an acid gas, the water content of the polysaccharide is maintained so as to obtain a hydrolysis product of which the OD is between 20 and 100%.
  • the hydrolysis step of the polysaccharide in the presence of an acid gas is carried out at a temperature below 40oC.
  • the hydrolysis is carried out in the presence of an acid gas at a temperature of between 20 ° C. and 40 ° C.
  • the molar ratio between the acid gas and the polysaccharide is less than 1.5.
  • the hydrolysis step of the polysaccharide in the presence of an acid gas is carried out at a pressure of less than 10 bars.
  • the acid gas is NO 2 .
  • the acid gas is HCl, SO 2 , or SO 3
  • the polysaccharide is for example chosen from glucomannans, dextrans, alginates, cellulose, starch, galactomannans and xanthans.
  • the polysaccharide is Konjac glucomannan extracted from tubers of Amophophallus sp.
  • the acid gas is NO 2 and the hydrolysis process is accompanied by oxidation of the primary hydroxyls - the polysaccharide.
  • the invention also relates to a hydrolysis product of a polysaccharide obtained by the process according to the invention.
  • this product has a DP of between 6 and 15.
  • the subject of the invention is also a product for hydrolysis of Konjac glucomannans extracted from tubers of Amophophallus sp. in which more than 50% of the product has a degree of polymerization of between 4 and 30, an oxidation state of between 50 and 100% and a polydispersity index of between 1 and 1.2.
  • the invention also relates to a hydrolysis product of a polysaccharide chosen from glucomannans, galactomannans, dextran, xanthan, an alginate, cellulose, a starch or a polymannane, in which more than 50% of the product has a degree of polymerization of between 4 and 30, an oxidation state of between 50 and 100% and a polydispersity index of between 1 and 2.
  • the invention therefore relates to a process for controlled hydrolysis or controlled depolymerization of polysaccharides such as glucomannans, dextrans, alginates, cellulose, starch, galactomannans and xanthan.
  • polysaccharides such as glucomannans, dextrans, alginates, cellulose, starch, galactomannans and xanthan.
  • the hydrolysis reaction of the polysaccharides is carried out according to the following reaction scheme in the presence of the H + ions which are catalysts (R is a piece of polysaccharide chain):
  • This hydrolysis reaction may be accompanied by an oxidation reaction of the free primary hydroxyl groups which are optionally present on the polysaccharide.
  • This oxidation reaction is carried out according to the following scheme:
  • polysaccharide polymers formed of a number of dares (or monosaccharides) linked together by O-osidic bonds.
  • oligosaccharide refers to molecules comprising between 2 and 40 monosaccharides.
  • polysaccharide may refer to both polysaccharides and oligosaccharides.
  • the methods of the present invention allow the hydrolysis of any type of polysaccharide regardless of the types of glycosidic linkages that form it.
  • the hydrolysis processes of the present invention make it possible to obtain oligosaccharides having a low DP as well as polysaccharides having a degree of polymerization (DP) lower than the starting polysaccharide.
  • the degree of polymerization is defined as the number of bonded monomers forming the main chain of a polysaccharide or oligosaccharide.
  • the hydrolysis process of the present invention makes it possible to control the DP of the final product obtained in particular by precisely adjusting the water content of the starting polysaccharide.
  • the water content of the polysaccharide is maintained in a range throughout the hydrolysis step.
  • the water content of the polysaccharide is controlled throughout the hydrolysis in the presence of acid gas.
  • Other parameters such as time, temperature, acid gas to polysaccharide molar ratio, and pressure can also be used in the methods of the present invention to control the hydrolysis reaction.
  • This reaction which comprises only one step, makes it possible at the same time to manufacture oligosaccharides and to obtain new structures. It also proves that it makes it possible to overcome the accumulation of mono-, di- and tri-saccharides, typical of the processes of the state of the art.
  • the oligosaccharides and polysaccharides obtained can also be functionalized (oxidized) or not depending on the presence of primary hydroxyl groups on the starting polysaccharide and according to the reaction conditions used.
  • the methods of the present invention make it possible to control the hydrolysis and, where appropriate, the oxidation leading to functionalized or non-functionalized oligosaccharides and polysaccharides, defined and reproducible DP and DO. It is then possible to obtain in a single step oligosaccharides and / or polysaccharides which have a distribution of the molar mass represented by much narrower curves around a standard sugar size without the need for separation by chromatography. This new distribution of the hydrolysis products obtained is illustrated in FIG. 9 as well as in the examples.
  • the subject of the invention is therefore a process for the controlled hydrolysis of polysaccharides in the presence of an acid gas.
  • the reaction is carried out in a heterogeneous phase with a polysaccharide in the solid state and an acid in the gaseous state.
  • the acid gas used in the processes of the present invention is NO 2 .
  • NO 2 or nitrogen dioxide is meant NO 2 of N 2 O 4 (nitrogen peroxide) and their mixtures.
  • the acid gas is hydrochloric acid
  • the acid gas is SO 2 , SO 3 or mixtures thereof.
  • the initial water content of the polysaccharide is adjusted to a value between 3, 5, 10, 15, 20, 25 and 30% w / w of water. It may also be advantageous to maintain the water content of the polysaccharide between 3, 5, 10, 15, 20, 25 and 30% w / w of water during the hydrolysis step in the presence of an acid gas.
  • the water content of the polysaccharide is therefore adjusted and / or maintained at a content of between 3% -30%, between 5% and 30%, between 8% and 30%, between 10% and 30%, between 15% and 30%. % and more preferably between 10% and 20%.
  • the polysaccharide is, for example, moistened with water vapor in a closed chamber until the desired water content is obtained.
  • the water content of the polysaccharide is a very important parameter, indeed with the control of the amount of water available as moisture in the polysaccharide, it is possible to limit or promote hydrolysis while controlling perfectly its kinetics .
  • the acid gas (in particular NO 2 ) molar ratio on polysaccharide is less than 1.5, 1.4 1.3, 1.2, 1.1, 1, 0.8, 0.6 or 0.5 in order to better control the hydrolysis.
  • the hydrolysis by the acid gas is carried out in the presence of a stoichiometric amount of gas or in the presence of acid gas slightly in excess relative to the polysaccharide.
  • the time of the hydrolysis reaction is preferably less than 5, 4, 3 or 2 hours.
  • the reaction is stopped by scanning with an inert gas such as for example nitrogen.
  • alcoholic solvent such as a mixture of water and isopropanol 50% v / v or with ethanol.
  • a second wash to neutralize the product. This washing is carried out for example with sodium ethylate (C 2 H 5 NaO).
  • a neutralization step and also a final drying step are thus carried out.
  • Solubilization in water and lyophilization of the final product obtained by the process is also possible.
  • the method according to the invention makes it possible in particular to obtain a product for hydrolysis of Konjac glucomannans extracted from tubers of Amophophallus sp. having a DP, a DO and a predetermined polydispersity index.
  • the hydrolysis product of Konjac has a degree of polymerization (DP) of between 4, 5, 10, 15, 20 and 30, preferably of between 5 and 15 and even more preferably of between 6 and 15.
  • the DP is equal to 8.
  • the degree of oxidation (OD) is between 50, 60, 70, 80, 90 and 100%, preferably the OD is between 80% and 100% and even more preferably the OD is 100%.
  • the methods according to the invention make it possible to closely control the DP of the polysaccharides / oligosaccharides obtained by hydrolysis.
  • the Konjac hydrolysis products obtained by the processes according to the invention thus advantageously have a polydispersity index of between 1 and 2, preferably of between 1 and 1.2, and more preferably of a polydispersity index of 1.11.
  • the hydrolysis products of Konjac do not contain mono-, di- and trisaccharides because they do not accumulate in the hydrolysis processes according to the present invention.
  • Konjac has a M / G (D-mannose / D-glucose) ratio of 1.6 characteristic of this type of polysaccharide.
  • the hydrolysis processes of the present invention allow the hydrolysis of Konjac without modifying this M / G ratio.
  • the Konjac hydrolysis products therefore have a M / G ratio of 1.6.
  • the invention advantageously allows the controlled hydrolysis of polysaccharides and in particular galactomannans without modifying the M / G ratio.
  • the invention also relates to a hydrolysis product of dextran in which more than 50% of the product has a degree of polymerization of between 4 and 30, the degree of oxidation is between 50 and 100% and the index of The polydispersity is between 1 and 2.
  • the hydrolysis products have a branched molecular structure such as the starting dextran.
  • the controlled hydrolysis process according to the present invention makes it possible to hydrolyze the main chain of the polysaccharide without hydrolyzing the side chains.
  • the primary structure of the polysaccharides is retained in the hydrolysis processes of the present invention.
  • the invention also relates to a product of hydrolysis of xanthan in which more than 50% of the product has a degree of polymerization of between 4 and 30, the degree of oxidation is between 50 and 100% and the index of polydispersity is between 1 and 2.
  • the hydrolysis products have the same level of pyruvate groups as the starting xanthan.
  • the methods of the present invention allow controlled hydrolysis of polysaccharides without affecting the substituent groups of the polysaccharides.
  • the level of substituent groups is therefore identical before and after hydrolysis.
  • the invention therefore allows the hydrolysis of a polysaccharide without affecting the pyruvate groups carried by this polysaccharide.
  • the invention also relates to a hydrolysis product of an alginate in which more than 50% of the product has a degree of polymerization of between 4 and 30, the degree of oxidation is between 50 and 100% and the polydispersity index is between 1 and 2.
  • the invention also relates to a product for the hydrolysis of cellulose in which more than 50% of the product has a degree of polymerization of between 4 and 30, the degree of oxidation is between 50 and 100% and the index polydispersity is between 1 and 2.
  • the invention also relates to a product for the hydrolysis of starch in which more than 50% of the product has a degree of polymerization of between 4 and 30, the degree of oxidation is between 50 and 100% and the polydispersity index is between 1 and 2.
  • the invention also relates to a hydrolysis product of a polymannane in which more than 50% of the product has a degree of polymerization of between 4 and 30, the degree of oxidation. is between 50 and 100% and the polydispersity index is between 1 and 2.
  • Figure 3 Kinetic effect of the ratio NO 2 / Product on the DP: DP versus time
  • Figure 4 Kinetic effect of NO 2 ratio / Product on DP: OD versus time
  • Figure 5 Dionex chromatography.
  • Figure 6 Biogel P2 chromatography.
  • Figure 7 GPC chromatography. Hydrolysis of Konjac M1HCOl in the gas phase
  • Figure 8 Distribution of the molar mass of Konjac M1HCOl oligosaccharides obtained in the gas phase.
  • FIG. 9 Comparative scheme of the depolymerization according to the invention and the enzymatic or acidic depolymerization in a liquid medium
  • the reaction takes place in a simple jacketed reactor for stainless steel chemical reactions of internal volume equal to 250 ml.
  • the reactor thermostated with water in closed circuit, is equipped with a temperature and pressure sensor. It is connected to a bottle of NO 2 or other gas, by a mechanical injector and it is also connected to a nitrogen circuit.
  • NO 2 in the liquid state is injected by means of a refrigerated double-jacketed injector controlled by compressed air.
  • Sample holder The sample in powder form is placed in a porous Teflon ® bag.
  • the powder must be accessible to gas by diffusion phenomena and the sample holder must be chemically inert.
  • the sample is moistened beforehand in a closed chamber with the chosen water vapor content. Then it is placed in a bag of Teflon ® and introduced into the reactor on a support. The temperature of the system must be stable at the chosen value. Injection of the gas
  • the washing is carried out with a mixture of water and isopropanol 50/50% v / v, then a second wash with sodium ethanolate is necessary to neutralize the product and simplify the drying step.
  • Sodium ethanolate is prepared from a mixture of ethanol and NaOH / water with an overall concentration of 2 M. In this mixture, water is essential for carrying out the exchange with the Na + ions. Drying
  • the powder is allowed to air dry or in a vacuum oven for a few days. To avoid any alcoholic trace in the final product solubilization in water followed by lyophilization or atomization can be carried out. Characterization of the products of the reaction
  • Thermogravimetric analysis (ATG or TGA)
  • Thermogravimetric analysis is a thermal analysis technique that measures the amount and rate of mass variation of a sample as a function of temperature and time. It can be used to evaluate any loss of mass or phase changes when the product breaks down, dehydrates or oxidizes.
  • ATG was used to evaluate the water content of the osidic substrates, after stabilization in a controlled atmosphere or in ambient conditions.
  • the devices used are a Setaram thermometer TGA-92-12 and SDT Q600. We used about 10 mg of sample and the following temperature cycle:
  • the moisture content in an initial sample is defined as follows: with T e : water content (%) contained in the initial sample, M 1 : the initial mass of the sample, M sec : the mass of the dry sample. This equation allows us to access the dry sample mass for a given sample.
  • the water content will depend on the environmental moisture conditions and the water activity of saturated solutions of salts that we used to stabilize powdered polysaccharides. Size Exclusion Chromatography for Determination of Molecular Weight (SEC)
  • This technique is used to separate molecules with molar masses ranging from a few thousand to 2.10 6 g.mol -1 .
  • the samples to be analyzed are solubilized at a concentration ranging from 0.5 to 5 g / L as appropriate in 0.1M sodium nitrate (NaNO 3 ). Before injection, the solutions are filtered on a Sartorius membrane in nitrate. cellulose with a porosity of 0.22 ⁇ m.
  • the differential refractometer measures the actual concentration C 1 of the solution at the outlet of the columns at volume V 1 .
  • the viscometer is composed of three capillaries; pressure sensors located at the terminals thereof can calculate the ratio between the voltage due to the pressure difference during the passage of the polymer solution and the solvent.
  • the polymer concentration in the columns is very low, and the calculated reduced viscosity is likened to an intrinsic viscosity.
  • the multi-angle light scattering detector allows the determination of the radius of gyration and the molar mass M 1 from the Zimm equation, which presents the evolution of according to the following equation is a version simplified corresponding to the concentration extrapolation and angle ⁇ null:
  • N is the number of Avogadro
  • ⁇ is the wavelength of the light source
  • (dn / dc) is the increment of the refractive index n as a function of the concentration.
  • D is the transmittance; this value is related to the position of the attenuators for each measurement Go made in the device taking into account which is the signal of the photomultiplier for the scattered light. depend on the characteristics of the device.
  • the software used allows double extrapolation, at zero concentration and angle, to obtain the molar mass and the zero-concentration angular function to obtain the radius of gyration.
  • This software calculates the mass M 1 and the reduced viscosity of each eluted fraction (J) which can be considered as monodispersed. It also allows the calculation of the average molar masses in number and in mass as well as the relationship that is to say the variation of the radius of gyration as a function of the molar mass M 1 . We also obtain the molar mass distribution and the polymolecularity index.
  • NMR Nuclear Magnetic Resonance Spectrometry
  • the sample in solution is placed in a strong magnetic field kept constant, resulting in the maintenance of nuclei in the same state of energy and to regenerate the 2 quantized levels of nuclear spins.
  • Fourier transform NMR they are then excited by an electromagnetic pulse of short duration of high power and characteristic frequency depending on the type of core studied.
  • the energy absorption by the nuclei causes their transition to an excited state and their return to the initial state of energy where the relaxation is accompanied by the emission of a resonance frequency characteristic of the chemical environment of the nucleus. core.
  • the NMR spectrum thus obtained thus has as many signals as there are nuclei with different chemical environments and the intensity of each signal is proportional to the number of nuclei with the same chemical environment.
  • the position of the signals relative to a reference substance (TMS) is called chemical shift (measured in ppm) and makes it possible to compare the spectra between them.
  • TMS reference substance
  • - Bruker AC 300 300 MHz equipped with a mixed probe and a temperature control unit
  • - Bruker Avance 400 400 MHz equipped with a QNP or bbiz probe, 5 mm, a Z gradient and a temperature control unit.
  • the samples (1 to 30 mg) are solubilized in 0.5 mL of deuterated water (D 2 O).
  • the degree of oxidation (OD) of the modified polysaccharides expressed as a percentage
  • a mass of 30 mg of polysaccharide is introduced into 5 ml of 0.05 M NaOH giving complete solubilization after 30 minutes. stirring, dilution is carried out to a volume of 250 ml.
  • a first assay is performed (go) with a commercial solution of 0.05 M HCl with additions of 0.1 mL followed by a second assay
  • the acid and base are calibrated to find the exact correction factor that we will use for calculations of the degree of oxidation. Calculation of the degree of oxidation
  • volume V corresponds to the difference between the total volume and the volume of acid in excess obtained on return:
  • V d The dosed volume (V d ) is calculated by difference between the excess volume of soda obtained in the first
  • the second dosage (return) by the soda is performed to verify the correct position of V a ', the second turn of the curve in excess of acid (go), once the carboxyles dosed, is not clear.
  • PE polystyrene
  • 3 g of NO 2 are injected (PE).
  • the powder is pre-equilibrated with a water content of 16% w / w and the temperature of the system is set at 30oC.
  • the reaction time varies from 15 to 180 minutes.
  • Konjac oligosaccharides with DPs of 48 to 17 and an OD of 32 to 82%.
  • guar in the form of fine powder are introduced into the reactor (PE) and 3 g of NO 2 are injected (PE).
  • the powder is pre-equilibrated with a water content of 10% w / w and the system temperature is set at 30oC.
  • the reaction time varies from 15 to 180 minutes. We obtain oligosaccharides with DP 80 to 48 and OD 15 to 100%.
  • Example 8 2 g of starch in the form of fine powder are introduced into the reactor (PE) and 3 g of NO 2 are injected (PE). The powder is pre-equilibrated with a water content of 10% w / w and the system temperature is set at 30oC. The reaction time varies from 15 to 180 minutes. We obtain oligosaccharides with DPs of 30 to 10 and an OD of 15 to 100%.
  • Alginate in the form of fine powder are introduced into the reactor (PE) and 3 g of NO 2 are injected (PE).
  • the powder is pre-equilibrated with a water content of 10% w / w and the system temperature is set at 30oC.
  • the reaction time varies from 15 to 180 minutes.

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Abstract

Procédé d'hydrolyse contrôlée d'un polysaccharide à l'état solide en présence d'un gaz acide tel que du NO2. L'invention concerne un nouveau procédé d'obtention d'oligosaccharides par dépolymérisation de polysaccharides naturels. Ce procédé est conduit par une réaction chimique hétérogène qui à lieu en milieu gazeux sous l'action de dioxyde d'azote (NO2 et N2O4) ou autres gaz acides. En particulier avec la maitrise de différents paramètres la réaction conduit contre toutes attentes à des oligosaccharides fonctionnalisés ou pas, de taille et DO (degré d'oxydation) définis et reproductibles.

Description

NOUVEAU PROCEDE D'HYDROLYSE CONTROLEE DES POLYS ACCHARIDES
La présente invention concerne un procédé d'hydrolyse contrôlée de polysaccharides à l'aide d'un acide à l'état gazeux. Les polysaccharides constituent une famille importante de molécules présentant un intérêt pour l'alimentation humaine mais aussi pour l'industrie qui transforme les polysaccharides par des procédés chimiques ou biologiques.
En dehors de l'amidon et de son rôle alimentaire, la plupart des polysaccharides neutres ne sont pas métabolisables par les mammifères et ne sont pas dotés d'activités biologiques clairement identifiées. Leur large utilisation dans l'industrie agroalimentaire est due principalement à l'exploitation de leurs propriétés en tant qu'agents de texture. Les glucomannanes, polysaccharides constituant entre 60 et 90% de la farine extraite de tubercules d'espèces d'Amorphophallus sp., en sont un exemple caractéristique. Cette farine, connue sous le nom de Konjac, est utilisée depuis des centaines d'années en Asie pour préparer des pâtes viscoélastiques consommées en période de disette. Depuis quelques années, cette farine est employée en Occident comme additif alimentaire (E425) : soit en tant qu'épaississant, seul ou en synergie avec d'autres polysaccharides, soit en tant que gélifiant.
A côté de cette utilisation pour ces propriétés d'agents de texture, d'autres applications sont envisageables en alimentaire (substituts de matière grasse, de gélatine, de boyaux, fibres so lubies non fermentescibles dans des produits coupe-faim ou stabilisant pour limiter l'activité de l'eau), ou dans d'autres domaines (films alimentaires, peaux artificielles suite à brûlures, modification de l'activité hydrique en cosmétique...). Considérant sa structure moléculaire, le glucomannane d'Amorphophallus sp. est un polymère de haute masse molaire (2xlO5 à 106 g mol-1) constitué de résidus D-glucose (G) et D-mannose (M) liés en β-(l-4) avec une structure primaire non homogène. Le ratio M/G, caractéristique de ce type de polysaccharide, est de 1,6 et la distribution des résidus est aléatoire. Les résidus présentent des substituants de type acétyle (3 à 11 %) en C2, C3 ou C6 du mannose et le polymère peut être faiblement ramifié (< 8%). Si ces détails structuraux régissent les propriétés en solution et les aptitudes à la gélifîcation des glucomannanes, sur un plan purement alimentaire, ils peuvent aussi avoir un rôle prépondérant. La masse molaire, par exemple, entraîne des différences de fond selon les applications : ainsi des molécules de faible masse molaire montreront des résultats macroscopiques très différents, comme la solubilité, la transparence, la sensation en bouche ou en goût. En outre, les polysaccharides peuvent produire différents effets en fonction de leurs caractéristiques structurales et de leur masse molaire lors de leur fermentation dans l'intestin. Certains ne sont pas métabo lises du tout mais d'autres peuvent être dégradés pour obtenir des molécules intermédiaires bénéfiques ou indésirables. Une voie de valorisation des polysaccharides est donc leur transformation par des réactions chimiques et notamment leur hydrolyse à condition que cette réaction de dépolymérisation puisse être contrôlée pour obtenir un mélange d'oligosaccharides de structure et de taille parfaitement ciblées. L'hydrolyse contrôlée des polysaccharides conduit donc à toute une série de composés ayant des nombreuses applications potentielles dans des domaines variés.
Les voies classiques d'obtention d'oligosaccharides à partir de polysaccharides sont l'hydrolyse par catalyse enzymatique ou acide en milieu aqueux.
L'hydrolyse enzymatique de glucomannanes tels que le Konjac a ainsi été décrite par Cescutti et al. (2002). EP 0 268 885 décrit un procédé d'hydrolyse de glycosaminoglycanes en présence d'acide hypochlorique.
Cependant, l'hydrolyse en milieu aqueux des polysaccharides conduit à plusieurs problèmes techniques. La mise en solution est très difficile à mettre en œuvre car elle nécessite de grandes quantités de liquide, d'un réacteur de très grand volume et dans certains cas quasiment impossible car dépend fortement de la solubilité des polysaccharides à hydrolyser. De plus les solutions de polysaccharides deviennent rapidement très visqueuses en limitant l'agitation mécanique. Ensuite, la récupération des produits après la réaction n'est pas toujours aisée. Il y a la nécessité d'atomiser ou de lyophiliser l'hydrolysat liquide contenant le produit final. En outre, les distributions d'oligosaccharides obtenues notamment avec une hydrolyse enzymatique ou acide en milieu aqueux présentent une accumulation de mono-, di-, trisaccharides et molécules indésirables. Cela nécessite donc des étapes ultérieures de purification par ultrafîltration ou chromatographie liquide.
Une alternative à l'hydrolyse de polysaccharides est la synthèse d'oligosaccharides. Dans l'industrie celle-ci produit essentiellement des maltodextrines et des oligofructanes. En outre, elle nécessite des glycosyltransférases spécifiques selon l'oligosaccharide à synthétiser.
Une autre voie de valorisation des polysaccharides est une réaction bien connue permettant la modification chimique sélective des polysaccharides est l'oxydation. L'oxydation de l'amidon avec du dioxyde d'azote NO2 est par exemple décrite dès 1945 dans le brevet US 2,472,590. L'amidon est oxydé dans un solvant organique comprenant du NO2 ou traité avec du NO2 à l'état gazeux.
US 5,821,360 décrit l'oxydation de polysaccharides pour l'obtention de polycarboxylates dans des lits fluidisés en présence de NO2 gazeux.
US 5856470, US 5541316 et US 5959101 décrivent également des procédés de préparation de polycarboxylates.
DE4426443 concerne également la fabrication de polycarboxylates par l'oxidation de polysaccharides. FR2 873 700 concerne un procédé d'oxydation contrôlée de polysaccharides dans lequel on réalise la réaction dans un gaz inerte à l'état supercritique.
GB779820 concerne également l'oxydation de cellulose en présence de NO2.
US2003/0073663 concerne des dispositifs médicaux composés de polysaccharides oxydés. Du METHOCEL est dissout dans de l'eau, congelé puis l'oxydation est effectuée avec du NO2 gazeux.
Butrim et al. (2001) décrivent la cinétique d'oxydation de l'amidon par du N2O4 dans du CCl4 en phase liquide.
WO2006/018552 décrit un procédé d'oxydation contrôlée de polysaccharides à l'aide d'un agent oxydant tel que le NO2 dans lequel on réalise la réaction d'oxydation dans un fluide densifïé inerte vis-à-vis des agents oxydants mis en œuvre.
Il a été constaté que ces réactions d'oxydation de polysaccharides notamment avec du NO2 peuvent s'accompagner d'une hydrolyse des polysaccharides. Cependant, cette réaction d'hydrolyse n'est pas du tout contrôlée, et mal comprise ainsi elle est en général considérée comme une réaction secondaire ou parallèle que l'on cherche absolument à éviter lors de l'oxydation des polysaccharides.
A ce jour, les oligosaccharides sont essentiellement produits soit par voies de synthèse soit par dépolymérisation acide ou enzymatique en milieu liquide aqueux ou organique. Cependant, les méthodes existantes sont limitées car elles nécessitent beaucoup d'étapes et ne sont pas économes. Les produits n'ont pas une distribution de la masse molaire toujours convenable pour les applications envisagées. L'hydrolyse acide est difficile à contrôler, les DP atteints sont très faibles, les températures assez élevées et le volume du réacteur important surtout en vue d'applications industrielles. L'hydrolyse enzymatique nécessite une enzyme spécifique, pas toujours commerciale, et difficile à trouver car spécifique du type de liaison glycosidique qui caractérise la structure du polysaccharide à traiter.
Il existe donc un besoin important de procédés d'hydrolyse contrôlée de polysaccharides. II a maintenant été trouvé qu'il est possible d'hydrolyser de manière contrôlée des polysaccharides en présence d'un gaz acide tel que le NO2, le SO2, le SO3 ou l'HCl par exemple.
L'invention concerne un nouveau procédé d'obtention d'oligosaccharides par dépolymérisation de polysaccharides naturels. Ce procédé est conduit par une réaction chimique hétérogène qui à lieu en milieu gazeux sous l'action de dioxyde d'azote (NO2 et N2O4) ou autres gaz acides. En particulier avec la maitrise de différents paramètres (temps, température, réactifs, pression, humidité) la réaction conduit contre toutes attentes à des oligosaccharides fonctionnalisés ou pas, de taille et DS (degré de substitution) définis et reproductibles. Cette réaction, qui comprend seulement une étape, permet à la fois de fabriquer des oligosaccharides et d'obtenir des structures nouvelles. Il s'avère aussi qu'elle permet de s'affranchir de l'accumulation de mono-, di- et trisaccharides, typique des méthodes concurrentes existantes. Le procédé se termine par un lavage et un séchage.
Les applications envisagées se situent dans des domaines aussi variés que l'industrie agroalimentaire, la pharmaceutique, les biotechnologies végétales, la cosmétique, la nutraceutique et l'infectiologie.
Grâce au contrôle de l'hydrolyse dans les procédés selon la présente invention, il est possible d'obtenir une distribution originale de la masse molaire des produits obtenus.
Avantageusement, les procédés d'hydrolyse contrôlée des polysaccharides selon l'invention permettent d'hydrolyser les chaînes primaires ou principales des polysaccharides sans hydrolyser les chaînes latérales. Ce sont donc majoritairement les liaisons glycosidiques de la chaîne principale du polysaccharide qui sont hydrolyses dans les procédés selon l'invention. La structure primaire du polysaccharide de départ qui peut être ramifiée ou comporter des sucres en groupements latéraux ou des substituants est donc conservée.
La structure primaire ramifiée du polysaccharide de départ est donc conservée.
Avantageusement, les procédés d'hydrolyse contrôlée des polysaccharides selon l'invention permettent d'hydrolyser les polysaccharides sans modifier les groupes substituants portés par les polysaccharides. En particulier, les groupes substituants pyruvate ne sont pas affectés alors que ces groupements sont modifiés lors de l'hydrolyse acide en milieu aqueux.
Avantageusement, les procédés selon l'invention font appel à une technologie ne réclamant pas de préparation préalable du polysaccharide à modifier. En particulier, il n'y a pas de problèmes de solubilisation ni de problèmes de dispersion. Tout type de produit peut être modifié par le procédé selon l'invention, que ce soit un produit brut ou purifié.
Les procédés selon l'invention n'ont pas un besoin d'énergie élevée pour mettre en œuvre l'agitation (diffusion gazeuse), il y a peu de risques de colmatage des réacteurs ou de blocage des parties mobiles. L'obtention du produit final ne nécessite pas de séchage par atomiseur ou lyophilisation.
Le large choix de conditions expérimentales de mise en œuvre permet d'adapter la réaction aux besoins en temps, énergie, à des cibles commerciales différentes.
Les procédés selon l'invention font appel à une technologie économe en réactifs et donc assez propre par rapport à une forme classique en milieux aqueux.
L'obtention de produits ayant les degrés de polymérisation (DP) recherchés permet de s'affranchir d'étapes de séparation par ultrafiltration ou chromatographie.
Les oligosaccharides et les polyosides obtenus par dépolymérisation contrôlée ont de nombreuses applications dans le domaine alimentaire mais aussi dans des domaines variés comme le domaine pharmaceutique, le domaine biomédical et la cosmétique.
Description de l'invention
L'invention se rapporte donc à un procédé d'hydrolyse contrôlée d'un polysaccharide comprenant les étapes suivantes :
- on dispose d'un polysaccharide à l'état solide, on ajuste la teneur en eau initiale du polysaccharide à une teneur comprise entre 5% et 30% w/w, on hydrolyse le polysaccharide en présence d'un gaz acide à une température inférieure à 50ºC,
Dans un mode de réalisation préféré, le procédé comprend les étapes suivantes :
- on dispose d'un polysaccharide à l'état solide, on ajuste la teneur en eau initiale du polysaccharide à une teneur comprise entre 5% et 30% w/w, - on hydrolyse le polysaccharide en présence d'un gaz acide à une température inférieure à 50ºC, on élimine le gaz acide, on lave le polysaccharide hydrolyse avec un solvant alcoolique, - on neutralise le polysaccharide hydrolyse,
- on sèche le polysaccharide hydrolyse.
Avantageusement, lors de l'étape d'hydrolyse du polysaccharide en présence d'un gaz acide la teneur en eau du polysaccharide est maintenue entre 5% et 30%w/w.
De préférence, on ajuste la teneur en eau initiale du polysaccharide à une teneur comprise entre 10% et 20% w/w et/ou lors de l'étape d'hydrolyse du polysaccharide en présence d'un gaz acide la teneur en eau du polysaccharide est maintenue ou ajustée entre 5% et 30%w/w.
De préférence, on ajuste la teneur en eau initiale du polysaccharide et/ou lors de l'étape d'hydrolyse du polysaccharide en présence d'un gaz acide la teneur en eau du polysaccharide est maintenue de façon à obtenir un produit d'hydrolyse dont le DP est compris entre 5 et 200.
De préférence, on ajuste la teneur en eau initiale du polysaccharide et/ou lors de l'étape d'hydrolyse du polysaccharide en présence d'un gaz acide la teneur en eau du polysaccharide est maintenue de façon à obtenir un produit d'hydrolyse dont le DO est compris entre 20 et 100%.
Avantageusement, l'étape d'hydrolyse du polysaccharide en présence d'un gaz acide s'effectue à une température inférieure à 40ºC.
De préférence, on effectue l'hydrolyse en présence d'un gaz acide à une température comprise entre 20 ºC et 40ºC. De préférence, le rapport molaire entre le gaz acide et le polysaccharide est inférieur à 1.5.
De préférence, l'étape d'hydrolyse du polysaccharide en présence d'un gaz acide s'effectue à une pression inférieure à 10 bars.
Avantageusement, le gaz acide est du NO2. Dans d'autres modes de réalisation, le gaz acide est du HCl, SO2, ou SO3
Le polysaccharide est par exemple choisi parmi les glucomannanes, les dextranes, les alginates, la cellulose, l'amidon, les galactomannanes et les xanthanes.
Dans un mode de réalisation préféré, le polysaccharide est un glucomannane de Konjac extrait de tubercules d'Amophophallus sp. Dans un mode de réalisation, le gaz acide est du NO2 et le procédé d'hydrolyse s'accompagne d'une oxydation des hydroxyles primaires - du polysaccharide.
Figure imgf000008_0003
L'invention a également pour objet un produit d'hydrolyse d'un polysaccharide obtenu par le procédé selon l'invention. De préférence, ce produit a un DP compris entre 6 et 15.
L'invention a aussi pour objet un produit d'hydrolyse de glucomannanes de Konjac extrait de tubercules d'Amophophallus sp. dans lequel plus de 50% du produit a un degré de polymérisation compris entre 4 et 30, un degré d'oxydation compris entre 50 et 100% et un indice de polydispersité compris entre 1 et 1.2. L'invention se rapporte aussi à un produit d'hydrolyse d'un polysaccharide choisi parmi les glucomannanes, les galactomannanes, le dextrane, le xanthane, d'un alginate, de cellulose, d'un amidon ou d'un polymannane, dans lequel plus de 50% du produit a un degré de polymérisation compris entre 4 et 30, un degré d'oxydation compris entre 50 et 100% et un indice de polydispersité compris entre 1 et 2.
L'invention concerne donc un procédé d'hydrolyse contrôlée ou de dépolymérisation contrôlée de polysaccharides tels que les glucomannanes, les dextranes, les alginates, la cellulose, l'amidon, les galactomannanes et le xanthane.
La réaction d'hydrolyse des polysaccharides s'effectue selon le schéma réactionnel suivant en présence des ions H+ qui sont catalyseurs (R est un morceau de chaîne de polysaccharide):
Figure imgf000008_0001
Cette réaction d'hydrolyse peut s'accompagner d'une réaction d'oxydation des groupes hydroxyles primaires libres qui sont éventuellement présents sur le polysaccharide. Cette réaction d'oxydation s'effectue selon le schéma suivant :
Figure imgf000008_0002
Le tableau ci-après indique pour différents polysaccharides les réactions susceptibles d'être obtenues :
Figure imgf000009_0001
Par polysaccharide, on entend des polymères formés d'un certain nombre d'osés (ou monosaccharides) liés entre eux par des liaisons O-osidiques. Le terme oligosaccharide désigne des molécules comprenant entre 2 et 40 oses. Dans la présente, le terme polysaccharide peut désigner à la fois les polysaccharides et les oligosaccharides.
Les polysaccharides peuvent se présenter sous forme linéaire ou sous forme ramifiée et peuvent présenter des groupements latéraux ou des substituants.
Les procédés de la présente invention permettent l'hydrolyse de tout type de polysaccharide quels que soient les types de liaisons glycosidiques qui le forment. Les procédés d'hydrolyse de la présente invention permettent d'obtenir des oligosaccharides ayant un DP faible ainsi que des polysaccharides ayant un degré de polymérisation (DP) inférieur au polysaccharide de départ. Le degré de polymérisation est défini comme le nombre de monomères liés formant la chaine principale d'un polysaccharide ou d'un oligosaccharide.
Avantageusement, le procédé d'hydrolyse de la présente invention permet de contrôler le DP du produit final obtenu notamment en ajustant précisément la teneur en eau du polysaccharide de départ. Avantageusement, la teneur en eau du polysaccharide est maintenue dans une fourchette pendant toute l'étape d'hydrolyse. Dans ces modes de réalisation, la teneur en eau du polysaccharide est contrôlée pendant toute l'hydrolyse en présence de gaz acide. D'autres paramètres tels que le temps, la température, le rapport molaire gaz acide sur polysaccharide et la pression peuvent également être utilisés dans les procédés de la présente invention pour contrôler la réaction d'hydrolyse.
Cette réaction, qui comprend seulement une étape, permet à la fois de fabriquer des oligosaccharides et d'obtenir des structures nouvelles. Il s'avère aussi qu'elle permet de s'affranchir de l'accumulation de mono-, di- et tri-saccharides, typique des procédés de l'état de la technique.
Au cours de la réaction d'hydrolyse, les oligosaccharides et polysaccharides obtenus peuvent également être fonctionnalisés (oxydés) ou pas en fonction de la présence de groupes hydroxyles primaires sur le polysaccharide de départ et selon les conditions de réactions utilisées.
Le contrôle de la teneur en eau du polysaccharide est également un moyen de contrôler le degré d'oxydation (DO) du polysaccharide obtenu à l'issue du procédé d'hydrolyse lorsque celui-ci est associé à une réaction d'oxydation du polysaccharide. Le degré d'oxydation est défini comme le nombre de groupements -COOH présents dans la molécule en rapport au DP (valeur en pourcentage).
Le choix du gaz acide est un moyen d'effectuer une réaction d'hydrolyse et d'oxydation ou une réaction d'hydrolyse seule selon le type de polysaccharide traité. En présence d'un gaz acide tel que l'acide chlorhydrique (HCl), seulement la réaction d'hydrolyse se produira.
Les procédés de la présente invention permettent de contrôler l'hydrolyse et le cas échéant l'oxydation conduisant à des oligosaccharides et polysaccharides fonctionnalisés ou pas, de DP et de DO définis et reproductibles. II est alors possible d'obtenir en une seule étape des oligosaccharides et/ou des polysaccharides qui présentent une distribution de la masse molaire représentée par des courbes beaucoup plus étroites autour d'une taille de sucres standards sans besoin de séparation par chromatographie. Cette nouvelle distribution des produits d'hydrolyse obtenus est illustrée dans la figure 9 ainsi que dans les exemples.
Les procédés d'hydrolyse de la présente invention permettent d'obtenir des oligosaccharides ayant un indice de polydispersité faible. L'indice de polydispersité est le rapport entre la masse molaire moyenne en nombre (Mn) et en poids (Mw).
L'invention a donc pour objet un procédé d'hydrolyse contrôlée de polysaccharides en présence d'un gaz acide. La réaction s'effectue en phase hétérogène avec un polysaccharide à l'état solide et un acide à l'état gazeux.
De préférence, le gaz acide utilisé dans les procédés de la présente invention est du NO2. Par NO2 ou dioxyde d'azote, on entend du NO2 du N2O4 (peroxyde d'azote) et leurs mélanges. Dans un autre mode de réalisation préféré, le gaz acide est de l'acide chlorhydrique
(HCl). En présence d'HCl à l'état gazeux, seule la réaction d'hydrolyse du polysaccharide se produit.
Dans un autre mode de réalisation préféré, le gaz acide est du SO2, du SO3 ou leurs mélanges. Préalablement, la teneur en eau initiale du polysaccharide est ajustée à une valeur entre 3, 5, 10, 15, 20, 25 et 30% w/w d'eau. Il peut aussi être avantageux de maintenir la teneur en eau du polysaccharide entre 3, 5, 10, 15, 20, 25 et 30% w/w d'eau lors de l'étape d'hydrolyse en présence d'un gaz acide. La teneur en eau du polysaccharide est donc ajustée et/ou maintenue à une teneur comprise entre 3%-30%, entre 5% et 30%, entre 8% et 30%, entre 10% et 30%, entre 15% et 30% et plus préférentiellement entre 10% et 20%.
Le polysaccharide est par exemple humidifié avec de la vapeur d'eau dans une enceinte fermée jusqu'à l'obtention de la teneur en eau désirée. La teneur en eau du polysaccharide est un paramètre très important, en effet avec le contrôle de la quantité d'eau disponible sous forme d'humidité dans le polysaccharide, il est possible de limiter ou de favoriser l'hydrolyse tout en contrôlant parfaitement sa cinétique.
Afin de contrôler l'hydrolyse de façon satisfaisante, la réaction avec le gaz acide est effectué à une température inférieure à 50ºC, de préférence inférieure à 40ºC et de préférence comprise entre 20ºC -50ºC, 25°C-50°C, 25°C-40°C ou entre 20°C-40°C. Pour le contrôle de la réaction d'hydrolyse du polysaccharide, la réaction s'effectue typiquement à une pression inférieure à 10, 5, 2 ou 1 bar.
Avantageusement, le rapport molaire gaz acide (en particulier NO2) sur polysaccharide est inférieur à 1.5, 1.4 1.3, 1.2, 1.1, 1, 0.8, 0.6 ou 0.5 afin de mieux maîtriser l'hydrolyse. L'hydrolyse par le gaz acide s'effectue en présence d'une quantité stœchiométrique de gaz ou en présence de gaz acide légèrement en excès par rapport au polysaccharide.
Le temps de la réaction d'hydrolyse est de préférence inférieur à 5, 4, 3 ou 2 heures.
La réaction d'hydrolyse s'effectue au contact du gaz acide. Le polysaccharide placé dans un réacteur adéquat doit être accessible au gaz acide par des phénomènes de diffusion.
Figure imgf000012_0001
Après élimination du gaz acide, la réaction est stoppée par balayage avec un gaz inerte tel que par exemple de l'azote.
De préférence, on effectue également un lavage avec un solvant alcoolique tel qu'un mélange d'eau et d'isopropanol 50% v/v ou avec de l'éthanol. Il est également possible, si nécessaire, d'effectuer un deuxième lavage pour neutraliser le produit. Ce lavage s'effectue par exemple avec l'ethylate de sodium (C2HsNaO). De préférence, on effectue donc une étape de neutralisation et également une étape finale de séchage.
Une solubilisation dans l'eau et lyophilisation du produit final obtenu par le procédé est également envisageable.
Le procédé selon l'invention permet notamment d'obtenir un produit d'hydrolyse de glucomannanes du Konjac extrait de tubercules d'Amophophallus sp. ayant un DP, un DO et un indice de polydispersité prédéterminés. En particulier, le produit d'hydrolyse du Konjac a un degré de polymérisation (DP) compris entre 4, 5, 10, 15, 20 et 30, de préférence compris entre 5 et 15 et encore plus préférentiellement entre 6 et 15. De façon avantageuse, le DP est égal à 8. Le degré d'oxydation (DO) est compris entre 50, 60, 70, 80, 90 et 100%, de préférence le DO est compris entre 80% et 100% et encore plus préférentiellement le DO est de 100%.
Les procédés selon l'invention permettent de contrôler étroitement le DP des polysaccharides/oligosaccharides obtenus par hydrolyse. Les produits d'hydrolyse du Konjac obtenus par les procédés selon l'invention ont ainsi avantageusement un indice de polydispersité compris entre 1 et 2, de préférence compris entre 1 et 1.2, plus avantageusement un indice de polydispersité de 1.11. Avantageusement, les produits d'hydrolyse du Konjac ne comportent pas de mono-, di- et trisaccharides car ceux-ci ne s'accumulent pas dans les procédés d'hydrolyse selon la présente invention. Le Konjac a un ratio M/G (D-mannose/D-glucose) de 1,6 caractéristique de ce type de polysaccharide. Avantageusement, les procédés d'hydrolyse de la présente invention permettent l'hydrolyse du Konjac sans modifier ce ratio M/G. De préférence, les produits d'hydrolyse du Konjac ont donc un ratio M/G de 1,6.
De façon plus générale, l'invention permet avantageusement l'hydrolyse contrôlée de polysaccharides et en particulier de galactomannanes sans modifier le rapport M/G.
L'invention se rapporte aussi à un produit d'hydrolyse du dextrane dans lequel plus de 50% du produit a un degré de polymérisation compris entre 4 et 30, le degré d'oxydation est compris entre 50 et 100% et l'indice de polydispersité est compris entre 1 et 2. De préférence, les produits d'hydrolyse ont une structure moléculaire ramifiée comme le dextrane de départ.
De façon plus générale, le procédé d'hydrolyse contrôlée selon la présente invention permet d'hydrolyser la chaîne principale du polysaccharide sans hydrolyser les chaînes latérales. Ainsi, la structure primaire des polysaccharides est conservée dans les procédés d'hydrolyse de la présente invention.
L'invention se rapporte aussi à un produit d'hydrolyse du xanthane dans lequel plus de 50% du produit a un degré de polymérisation compris entre 4 et 30, le degré d'oxydation est compris entre 50 et 100% et l'indice de polydispersité est compris entre 1 et 2. De préférence, les produits d'hydrolyse présentent le même taux de groupements pyruvates que le xanthane de départ.
De façon plus générale, les procédés de la présente invention permettent l'hydrolyse contrôlée de polysaccharides sans affecter les groupes substituants des polysaccharides. Le taux de groupes substituants est donc identique avant et après hydrolyse. Avantageusement, l'invention permet donc l'hydrolyse d'un polysaccharide sans affecter les groupes pyruvates portés par ce polysaccharide.
L'invention se rapporte aussi à un produit d'hydrolyse d'un alginate dans lequel plus de 50% du produit a un degré de polymérisation compris entre 4 et 30, le degré d'oxydation est compris entre 50 et 100% et l'indice de polydispersité est compris entre 1 et 2.
L'invention se rapporte aussi à un produit d'hydrolyse de la cellulose dans lequel plus de 50% du produit a un degré de polymérisation compris entre 4 et 30, le degré d'oxydation est compris entre 50 et 100% et l'indice de polydispersité est compris entre 1 et 2.
L'invention se rapporte aussi à un produit d'hydrolyse de l'amidon dans lequel plus de 50% du produit a un degré de polymérisation compris entre 4 et 30, le degré d'oxydation est compris entre 50 et 100% et l'indice de polydispersité est compris entre 1 et 2. L'invention se rapporte aussi à un produit d'hydrolyse d'un polymannane dans lequel plus de 50% du produit a un degré de polymérisation compris entre 4 et 30, le degré d'oxydation est compris entre 50 et 100% et l'indice de polydispersité est compris entre 1 et 2.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans les exemples et figures ci-dessous. Les figures et exemples sont donnés à titre non limitatif.
Figure 1 : Effet du taux d'hydratation sur le Degré d'oxydation : % du COOH en fonction du temps et du taux d'hydratation (% w/w)
Figure 2 : Effet du taux d'hydratation sur le Degré de Polymérisation : DP en fonction du temps et taux d'hydratation NO2/Kjc = 1,35 (mol/mol) Figure 3 : Effet cinétique du rapport NO2 / Produit sur le DP : DP en fonction du temps Figure 4 : Effet cinétique du rapport NO2 / Produit sur le DP : DO en fonction du temps Figure 5 : Chromatographie Dionex. Hydrolyse de Konjac M1HCOl par acide HCl pour différents temps de réaction Figure 6 : Chromatographie Biogel P2. Hydrolyse de Konjac M1HCOl par Cellulase Figure 7 : Chromatographie GPC. Hydrolyse de Konjac M1HCOl en phase gazeuse Figure 8 : Distribution de la masse molaire d'oligosaccharides de Konjac M1HCOl obtenus en phase gazeuse.
Figure 9 : Schéma comparatif de la dépolymérisation selon l'invention et la dépolymérisation enzymatique ou acide en milieu liquide
Exemples
Exemple 1 : Description du matériel nécessaire
Réacteur
La réaction à lieu dans un simple réacteur double enveloppe pour réactions chimiques en inox de volume interne égal à 250 ml. Le réacteur thermostaté avec de l'eau en circuit fermé, est équipé d'un capteur de température et de pression. Il est relié à une bouteille de NO2 ou d'autre gaz, par un injecteur mécanique et il est aussi relié à un circuit d'azote.
Système d'injection du gaz
Le NO2 à l'état liquide est injecté à l'aide d'un injecteur double enveloppe réfrigéré et piloté par air comprimé.
Porte échantillon L'échantillon sous forme de poudre est placé dans un sachet en Téflon® poreux. La poudre doit être accessible au gaz par des phénomènes de diffusion et le porte échantillon doit être chimiquement inerte.
Exemple 2 : Protocole expérimental (PE)
Préparation de l'échantillon
L'échantillon est humidifié préalablement dans une enceinte fermée avec la teneur en vapeur d'eau choisie. Ensuite il est placé dans un sachet de Téflon® et introduit dans le réacteur sur un support. La température du système doit être stable à la valeur choisie. Injection du gaz
Nous effectuons une injection de la quantité choisie de gaz par dépression à l'ouverture de la vanne d'entrée dans le réacteur. Le gaz est ainsi déposé au fond du réacteur. Fin de la réaction
Pour terminer la réaction après l'ouverture de la vanne de sortie du réacteur nous effectuons un balayage en gaz pour vider le réacteur et remplacer jusqu'à 4 fois le volume total par de l'azote. La réaction s'arrête définitivement avec l'étape de lavage. Lavage et neutralisation
Le lavage s'effectue avec un mélange d'eau et d'isopropanol 50/50 % v/v, ensuite un deuxième lavage avec l'éthanolate de sodium est nécessaire pour neutraliser le produit et simplifier l'étape de séchage. L'éthanolate de sodium est préparé à partir d'un mélange d'éthanol et de NaOH/Eau avec une concentration globale 2 M. Dans ce mélange l'eau est indispensable pour effectuer l'échange avec les ions Na+. Séchage
On laisse la poudre sécher à l'air ou dans une étuve à vide pendant quelques jours. Pour éviter toute trace alcoolique dans le produit final une solubilisation dans l'eau suivie d'une lyophilisation ou atomisation peut être réalisée. Caractérisation des produits de la réaction
Une fois les produits séchés nous pouvons les caractériser avec les techniques classiques de caractérisation physico-chimiques des oligo- et polysaccharides suivantes:
• GPC (Distribution de la masse molaire, DP et Masse molaire moyenne),
• Dosage acide base par une mesure de conductivité (Degré d'oxydation, DO), • RMN 1H, 13C (Sélectivité de la réaction, Présence de produits secondaires, Qualité du lavage et du séchage).
Analyse thermogravimétrique (ATG ou TGA)
L'analyse thermogravimétrique est une technique d'analyse thermique permettant de mesurer la quantité et la vitesse de variation de masse d'un échantillon en fonction de la température et du temps. Elle permet d'évaluer toute perte de masse ou des changements de phase lorsque le produit se décompose, se déshydrate ou s'oxyde. Dans notre cas, l'ATG a été utilisée pour évaluer la teneur en eau des substrats osidiques, après stabilisation en atmosphère contrôlée ou en conditions ambiantes. Les appareils utilisés sont une thermo-balance Setaram TGA-92-12 et SDT Q600. Nous avons utilisé environ 10 mg d'échantillon et le cycle de température suivant :
- montée de 20 à 120 ºC à 3 °C/min.,
- palier à 120 ºC de 10 min., descente en température à 3 °C/min. de 120 à 20 ºC. La teneur en eau, dans un prélèvement initiale, est définie comme suit :
Figure imgf000017_0001
avec Te : teneur en eau (%) contenue dans l'échantillon initiale, M1 : la masse initiale de l'échantillon, Msec : la masse de l'échantillon sec. Cette équation nous permet d'accéder à la masse d'échantillon sec pour un prélèvement donné. La teneur en eau dépendra des conditions d'humidité de l'environnement et de l'activité de l'eau de solutions saturées de sels que nous avons utilisées pour stabiliser les polysaccharides en poudre. Chromatographie d'exclusion stérique pour la détermination des masses molaires (SEC)
Cette technique est utilisée pour séparer des molécules de masses molaires allant de quelques milliers à 2.106 g.mol-1. Nous l'avons choisie pour déterminer les masses molaires des polysaccharides ou des oligosaccharides grâce à un système de multi- détection. Les échantillons à analyser sont solubilisés à une concentration variant de 0,5 à 5 g/L selon le cas dans du nitrate de sodium (NaNO3) 0,1 M. Avant injection, les solutions sont filtrées sur une membrane Sartorius en nitrate de cellulose de porosité 0,22 μm.
Figure imgf000017_0002
Le réfractomètre différentiel mesure la concentration C1 réelle de la solution à la sortie des colonnes au volume V1.
Le viscosimètre est composé de trois capillaires ; des capteurs de pression situés aux bornes de ces derniers permettent de calculer le rapport entre la tension due à la différence de pression lors du passage de la solution de polymère et du solvant.
On mesure ainsi la viscosité relative
Figure imgf000018_0012
Figure imgf000018_0004
pour le volume d'élution V1 et APo la valeur du solvant pur.
Connaissant la concentration C en polymère mesurée, la viscosité réduite
Figure imgf000018_0001
est calculée :
Figure imgf000018_0005
Figure imgf000018_0006
La concentration en polymère dans les colonnes est très faible, et la viscosité réduite calculée est assimilée à une viscosité intrinsèque.
Le détecteur par diffusion de la lumière multi-angles permet la détermination du rayon de giration et de la masse molaire M1 à partir de l'équation de Zimm, qui présente l'évolution de en fonction de L'équation suivante est une version
Figure imgf000018_0011
Figure imgf000018_0010
simplifiée correspondant à l'extrapolation à concentration et angle θ nuls :
Figure imgf000018_0002
C est la concentration de la solution en g.mL-1.
Figure imgf000018_0003
N est le nombre d' Avogadro, λ est la longueur d'onde de la source lumineuse, (dn/dc) est l'incrément de l'indice de réfraction n en fonction de la concentration.
Figure imgf000018_0007
D est la transmittance ; cette valeur est liée à la position des atténuateurs pour chaque mesure Go faite dans l'appareil tenant compte de
Figure imgf000018_0009
qui est le signal du photomultiplicateur pour la lumière diffusée. dépendent des caractéristiques de
Figure imgf000018_0008
l'appareil.
Le logiciel utilisé (Astra IV) permet la double extrapolation, à concentration et angle nuls, pour obtenir la masse molaire et la fonction angulaire à concentration nulle pour obtenir le rayon de giration. Ce logiciel calcule la masse M1 et la viscosité réduite de chaque fraction éluée (J) qui peut être considérée comme monodispersée. Il permet également le calcul des masses molaires moyennes en nombre
Figure imgf000019_0002
et en masse
Figure imgf000019_0003
ainsi que la relation
Figure imgf000019_0001
c'est-à-dire la variation du rayon de giration
Figure imgf000019_0006
en fonction de la masse molaire M1. Nous obtenons également la distribution des masses molaires et l'indice de polymolécularité. Spectrométrie de résonance magnétique nucléaire à haute résolution (RMN) La RMN est une technique de spectroscopie à grandes ondes, largement utilisée pour déterminer la structure des polysaccharides et des oligosaccharides en solution mais aussi en phase solide. Elle permet d'obtenir des informations sur l'environnement électronique des noyaux dont les spins ont des moments magnétiques non nuls comme par exemple le
Figure imgf000019_0004
L'échantillon en solution est placé dans un champ magnétique intense maintenu constant, entraînant le maintien des noyaux dans le même état d'énergie et permettant de régénérer les 2 niveaux quantifiés des spins nucléaires. Dans le cas de la RMN à transformée de Fourier, ils sont ensuite excités par une impulsion électromagnétique, de courte durée de forte puissance et de fréquence caractéristique selon le type de noyau étudié. L'absorption d'énergie par les noyaux provoque leur transition vers un état excité et leur retour à l'état d'énergie initial ou la relaxation s'accompagne de l'émission d'une fréquence de résonance caractéristique de l'environnement chimique du noyau. Le spectre RMN ainsi obtenu présente donc autant de signaux qu'il y a de noyaux à environnements chimiques différents et l'intensité de chaque signal est proportionnelle au nombre de noyaux avec le même environnement chimique. La position des signaux par rapport à une substance de référence (TMS) est nommée déplacement chimique (mesuré en ppm) et permet de comparer les spectres entre eux. Nous pouvons utiliser la spectrométrie de RMN pour son aspect à la fois qualitatif et quantitatif :
- pour doser la quantité de polymère contenue dans une poudre (à condition qu'elle soit complètement soluble),
- pour caractériser la structure (par exemple la localisation des groupements acétyles, le type de résidu et le carbone substitué).
Les expériences ont été réalisées sur les spectromètres :
- Bruker AC 300 (300 MHz) équipé d'une sonde mixte
Figure imgf000019_0005
et d'une unité de contrôle de température, - Bruker Avance 400 (400 MHz) équipé d'une sonde QNP ou bbiz, de 5 mm, d'un gradient Z et d'une unité de contrôle de température.
Les échantillons (1 à 30 mg) sont solubilisés dans 0,5 mL d'eau deuterée (D2O).
L'acquisition et le traitement des spectres sont effectués grâce au logiciel NTNMR, XWINNMR et MestReC. Nous avons observé les noyaux 1H et 13C avec des analyses à une dimension.
Mesure du degré d'oxydation
Le degré d'oxydation (DO) des polysaccharides modifiés, exprimé en pourcentage
(nombre de fonctions carboxyliques pour 100 unités sucre), est déterminé à partir d'un dosage de type acide/base suivi par mesure de conductivité
Préparation des échantillons
Une masse de 30 mg de polysaccharide est introduite dans 5 mL de NaOH à 0,05 M conduisant à une solubilisation totale, après 30 min. d'agitation, on effectue une dilution jusqu'à un volume de 250 mL. Un premier dosage est effectué (aller) avec une solution commerciale de HCl 0,05 M avec des ajouts de 0,1 mL suivi d'un deuxième dosage
(retour) par de la soude 0,05 M.
Étalonnage de l 'acide et de la base
L'acide et la base sont étalonnés pour trouver le facteur exact de correction qui
Figure imgf000020_0008
nous servira pour les calculs du degré d'oxydation. Calcul du degré d'oxydation
Une fois le facteur de conversion connu le degré d'oxydation, en pourcentage de résidus oxydés sur la totalité, est calculé par la formule suivante:
Figure imgf000020_0001
avec Vd le volume dosé, fc le facteur de conversion et Ms la masse sèche à doser. Le volume V
Figure imgf000020_0005
correspond à la différence entre le volume totale et le volume d'acide
Figure imgf000020_0006
en excès obtenu au retour :
Figure imgf000020_0007
Figure imgf000020_0002
Le volume dosé (Vd) est calculé par différence entre le volume de soude en excès obtenu à l'aller
Figure imgf000020_0004
Figure imgf000020_0003
Le deuxième dosage (retour) par la soude est effectué pour vérifier la position correcte de Va ', le deuxième virage de la courbe en excès d'acide (aller), une fois les carboxyles dosés, n'étant pas net.
Exemple 3
2g de glucomannane de Konjac sous forme de poudre fine sont introduits dans le réacteur (PE) et 3 g de NO2 sont injectés (PE). La poudre est préalablement équilibrée avec une teneur en eau de 10% w/w et la température du système est fixée à 30ºC. Le temps de réaction varie de 5 à 300 minutes. Nous obtenons des oligosaccharides de Konjac avec des DP de 170 à 8 et un DO de 15 à 100 %.
Exemple 4
2g de glucomannane de Konjac sous forme de poudre fine sont introduits dans le réacteur (PE) et 3 g de NO2 sont injectés (PE). La poudre est préalablement équilibrée avec une teneur en eau de 6% w/w et la température du système est fixée à 30ºC. Le temps de réaction varie de 15 à 180 minutes.
Nous obtenons des oligosaccharides de Konjac avec des DP de 241 à 21 et un DO de 32 à
82 %.
Exemple 5
2g de glucomannane de Konjac sous forme de poudre fine sont introduits dans le réacteur
(PE) et 3 g de NO2 sont injectés (PE). La poudre est préalablement équilibrée avec une teneur en eau de 16% w/w et la température du système est fixée à 30ºC. Le temps de réaction varie de 15 à 180 minutes. Nous obtenons des oligosaccharides de Konjac avec des DP de 48 à 17 et un DO de 32 à 82 %.
Exemple 6
2g de glucomannane de Konjac sous forme de poudre fine sont introduits dans le réacteur (PE) et 3 g de NO2 sont injectés (PE). La poudre est préalablement équilibrée avec une teneur en eau de 22% w/w et la température du système est fixée à 30ºC. Le temps de réaction varie de 15 à 180 minutes.
Nous obtenons des oligosaccharides de Konjac avec des DP de 26 à 5 et un DO de 49 à 96 %. Exemple 7
2g de Guar sous forme de poudre fine sont introduits dans le réacteur (PE) et 3 g de NO2 sont injectés (PE). La poudre est préalablement équilibrée avec une teneur en eau de 10% w/w et la température du système est fixée à 30ºC. Le temps de réaction varie de 15 à 180 minutes. Nous obtenons des oligosaccharides avec des DP de 80 à 48 et un DO de 15 à 100 %.
Exemple 8 2g d'Amidon sous forme de poudre fine sont introduits dans le réacteur (PE) et 3 g de NO2 sont injectés (PE). La poudre est préalablement équilibrée avec une teneur en eau de 10% w/w et la température du système est fixée à 30ºC. Le temps de réaction varie de 15 à 180 minutes. Nous obtenons des oligosaccharides avec des DP de 30 à 10 et un DO de 15 à 100 %.
Exemple 9
2g de Dextrane sous forme de poudre fine sont introduits dans le réacteur (PE) et 3 g de NO2 sont injectés (PE). La poudre est préalablement équilibrée avec une teneur en eau de 10% w/w et la température du système est fixée à 30ºC. Le temps de réaction varie de 15 à 180 minutes. Nous obtenons des oligosaccharides avec des DP de 300 à 15.
Exemple 10
2g d'Alginate sous forme de poudre fine sont introduits dans le réacteur (PE) et 3 g de NO2 sont injectés (PE). La poudre est préalablement équilibrée avec une teneur en eau de 10% w/w et la température du système est fixée à 30ºC. Le temps de réaction varie de 15 à 180 minutes. Nous obtenons des oligosaccharides d'Alginate avec des DP de 83 à 11.
Exemple 11
2g de Xanthane sous forme de poudre fine sont introduits dans le réacteur (PE) et 3 g de NO2 sont injectés (PE). La poudre est préalablement équilibrée avec une teneur en eau de 10% w/w et la température du système est fixée à 30ºC. Le temps de réaction varie de 15 à 180 minutes. Nous obtenons des oligosaccharides avec des DP de 170 à 17 et un DO de 15 à 100 %. Exemple 12
2g de gomme de Tara sous forme de poudre fine sont introduits dans le réacteur (PE) et 3 g de NO2 sont injectés (PE). La poudre est préalablement équilibrée avec une teneur en eau de 10% w/w et la température du système est fixée à 30ºC. Le temps de réaction varie de 15 à 180 minutes. Nous obtenons des oligosaccharides avec des DP de 100 à 40 et un DO de 15 à 100 %.
Exemple 13
2g de cellulose (Cotton Linter) sous forme de poudre fine sont introduits dans le réacteur (PE) et 3 g de NO2 sont injectés (PE). La poudre est préalablement équilibrée avec une teneur en eau de 10% w/w et la température du système est fixée à 30ºC. Le temps de réaction varie de 15 à 180 minutes.
Exemple 14 : Comparatif hydrolyse acide, enzymatique et hydrolyse gaz
Le même produit hydrolyse avec trois méthodes différentes (acide, enzyme et gaz) en conditions optimales nous montre que dans le cas d'une hydrolyse selon l'invention en phase gazeuse nous obtenons une distribution de DP très étroite entre 8 et 15 selon le cas (valeurs moyennes) alors que dans le cas d'une dépolymérisation classique nous observons au cours de la réaction toujours une accumulation de monomères, dimères et trimères principalement. Les résultats comparatifs obtenus sont montrés aux figures 5 à 7.
REFERENCES
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Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'hydrolyse contrôlée d'un polysaccharide caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - on dispose d'un polysaccharide à l'état solide, on ajuste la teneur en eau initiale du polysaccharide à une teneur comprise entre 5% et 30% w/w,
- on hydrolyse le polysaccharide en présence d'un gaz acide à une température inférieure à 50ºC.
2. Procédé d'hydrolyse contrôlée d'un polysaccharide selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : on dispose d'un polysaccharide à l'état solide, on ajuste la teneur en eau initiale du polysaccharide à une teneur comprise entre 5% et 30% w/w,
- on hydrolyse le polysaccharide en présence d'un gaz acide à une température inférieure à 50ºC, on élimine le gaz acide, on lave le polysaccharide hydrolyse avec un solvant alcoolique, - on neutralise le polysaccharide hydrolyse, on sèche le polysaccharide hydrolyse.
3. Procédé d'hydrolyse contrôlée d'un polysaccharide selon l'une des revendications 1-2 caractérisé en ce que lors de l'étape d'hydrolyse du polysaccharide en présence d'un gaz acide la teneur en eau du polysaccharide est maintenue entre 5% et 30%w/w.
4. Procédé d'hydrolyse contrôlée d'un polysaccharide selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on ajuste la teneur en eau initiale du polysaccharide à une teneur comprise entre 10% et 20% w/w et/ou lors de l'étape d'hydrolyse du polysaccharide en présence d'un gaz acide la teneur en eau du polysaccharide est maintenue entre 10%et 20%w/w.
5. Procédé d'hydrolyse contrôlée d'un polysaccharide selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'étape d'hydrolyse du polysaccharide en présence d'un gaz acide s'effectue à une température inférieure à 40ºC.
6. Procédé d'hydrolyse contrôlée d'un polysaccharide selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que lors de l'étape d'hydrolyse du polysaccharide le rapport molaire entre le gaz acide et le polysaccharide est inférieur à 1.5.
7. Procédé d'hydrolyse contrôlée d'un polysaccharide selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'étape d'hydrolyse du polysaccharide en présence d'un gaz acide s'effectue à une pression inférieure à 10 bars.
8. Procédé d'hydrolyse contrôlée d'un polysaccharide selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit gaz acide est du NO2.
9. Procédé d'hydrolyse contrôlée d'un polysaccharide selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit gaz acide est du SO2, ou S O3.
10. Procédé d'hydrolyse contrôlée d'un polysaccharide selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit gaz acide est du HCl.
11. Procédé d'hydrolyse contrôlée d'un polysaccharide selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le polysaccharide est choisi parmi les glucomannanes, les dextranes, les alginates, la cellulose, l'amidon, les galactomannanes et les xanthanes.
12. Procédé d'hydrolyse contrôlée d'un polysaccharide selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le polysaccharide est un glucomannane de Konjac extrait de tubercules d'Amophophallus sp.
13. Procédé d'hydrolyse contrôlée d'un polysaccharide selon l'une des revendications 1-8 et 11-12 caractérisé en ce que le gaz acide est du NO2 et le procédé d'hydrolyse s'accompagne d'une oxydation des hydroxyles primaires -CH2OH du polysaccharide.
14. Produit d'hydrolyse de glucomannanes de Konjac extrait de tubercules d'Amophophallus sp. caractérisé en ce que plus de 50% du produit a un degré de polymérisation compris entre 4 et 30, un degré d'oxydation compris entre 50 et 100% et un indice de polydispersité compris entre 1 et 1.2.
15. Produit d'hydrolyse d'un polysaccharide choisi parmi les glucomannanes, les galactomannanes, le dextrane, le xanthane, d'un alginate, de cellulose, d'un amidon ou d'un polymannane dans lequel plus de 50% du produit a un degré de polymérisation compris entre 4 et 30, un degré d'oxydation compris entre 50 et 100% et un indice de polydispersité compris entre 1 et 2.
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