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PROCEDE PERFECTIONNE DE PREPARATION DE L'ACIDE GLUTAMIQUE,
La présente invention est relative à l'hydrolyse par un acide mi- néral,d'une substance protéinique ou contenant des protéines. La présente invention se rapporte plus particulièrement à l'hydrolyse par l'acide sulfurique d'une substance protéinique et à la production consécutive d'acide L-glutamique sensiblement pur. d'autres amine acides, de liqueurs et d'hydrolysats de protéines dépourvus de matières stériles ou cendres et des fractions de ces produits.
La présente invention a pour objet un procédé qui consiste à hydrolyser une composition protéinique à l'aide de l'acide sulfurique, à traiter l'hydrolysat avec une quantité suffisante d'un agent choisi dans le groupe comprenant les oxydes, les hydroxydes et les carbonates de métaux alcalinsterreux pour donner à l'hydrolysat un pH compris entre environ 8,0 et environ 12,0,à séparer la matière insolubles à ajouter à la solution résultante un produit acide choisi dans le groupe constitué par les acides et les anhydrides acides dont les sels avec les métaux alcalino-terreux sont sensiblement insolubles dans l'eau en quantités suffisantes pour donner la précipitation d'un mélange d'acide glutamique et de sels insolubles dans l'eau de métaux al- calino-terreux;
enfin à récupérer du coprécipité de l'acide glutamique.
On réalise avantageusement l'hydrolyse des substances protéiniques en chauffant ces compositions dans des conditions appropriées .avec de l'aci- de sulfurique, de l'acide chlorhydrique ou d'autres acides minéraux. L'hydre- lysat résultant comprend essentiellement des amino acides individuels en solution acideo On peut ensuite traiter de manières diverses l'hydrolysat pour isoler les amino acides individuels et les solutions contenant un mélange d'amino acideso On réalise généralement la séparation des amino acides individuels en réglant le pH de l'hydrolysat soit à la neutralité, soit au point isoélectrique de l'un quelconque des amino acides particuliers désirés que l'on dési-
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re récupérer de l'hydrolysat.
On sait par exemple que l'on peut enlever de l'hydrolysat acide de gluten de blé les amino acides tels que la tyrosine et la leucine en réglant le pH de l'hydrolysat à une valeur comprise entre environ 5.0 et environ 7,0 à l'aide d'oxydes ou d'hydroxydes de métaux alcalino terreux ou de métaux alcalins et en concentrant la solution résultante au-delà du point de saturation de la tyrosine et de la leucine.
On peut ensuite régler le pH de la solution à partir de laquelle on a enlevé ces amino acides à une valeur voisine de 3,2 qui constitue le point isoélectrique de l'acide L-glutamiqueo On peut ensuite faire cristalliser cet amino acide dans la solution acideo La solution obtenue par enlèvement de l'acide glutamique en ce point est constituée par un mélange complexe d'amino acides et par des quantités appréciables de sels minéraux formés par les agents d'hydrolyse et de neutralisation utilisés. Pour rendre la solution ou la liqueur finale utile en tant que composition nutritive, on doit la rendre sensiblement dépourvue de produits stériles par élimination de cette solution de sels minéraux.
On a décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique, Blish, n 2.598.341, accordé le 27 mai 1952, un procédé de préparation d'une liqueur finale dépourvue de produit stérile. Dans le procédé précité, on hydrolyse une substance protéinique telle que le gluten de blé à l'aide d'acide sulfurique dans des conditions habituelles de température, de temps et de pressiono On règle ensuite le pH de l'hydrolysat acide à une valeur comprise entre environ 9,0 et environ 11,0 à l'aide d'une quantité suffisante d'un agent pris dans le groupe comprenent les oxydes,,hydroxydes et carbonates de métaux alcalino terreux.
On enlève les sels insolubles ainsi formés et on chauffe la solution résultante de préférence sous vide jusqu'à ce que la Vapeur soit sensiblement dépourvue d'ammoniac. On règle ensuite le pH de la solution à une valeur comprise entre environ 5,0 et environ 7,0 par addition d'acides ou d'anhydrides acides dont les sels avec les métaux alcalino-terreux sont insolubles dans l'eau. On sépare à nouveau les sels insolubles ainsi obtenus et on concentre la solution résultante au-delà du point de saturation en tyrosine et en leucine.
On sépare ensuite ces amino acides neutres puis on étend la solution résultante,et on règle le pH à une valeur comprise entre environ 2,5 et environ 3,8 avec un acide sulfurique à 50 % .
Le sulfate de métal alcalino-terreux insoluble se précipite en ce point et se sépare de la solution. On concentre ensuite la solution résultante de préférence sous vide et on fait cristalliser à partir de cette solution de l'acide L-glutamique. La solution dont on a enlevé l'acide L-glutamique est sensiblement dépourvue de cendres et elle est constituée principalement par une solution hétérogène d'amino acides. Une telle solution est intéressante comme composition nutritive.
L'un des inconvénients de ce procédé antérieur réside dans le fait que de faibles quantités de sels insolubles peuvent se déposer au cours de la cristallisation de l'acide glutamique et ainsi contaminer ce dernier.
En conséquence, lorsqu'on prépare une liqueur finale dépourvue de cendres, préparation réalisée par le procédé antérieurement décrit, il se produit une certaine perte de dureté dans l'acide glutamique obtenu. De même, dans le procédé précité, il peut se produire fortuitement une dilution du filtrat obtenu par la séparation de la tyrosine et de la leucine, soit par l'addition de l'eau, si l'on utilise, comme agent d'acidification, de l'anhydride sulfureux, soit simplement par l'addition d'un acide tel que de l'acide sulfurique étendu, qui sert à la fois d'agent de dilution et d'agent d'acidification,
lorsque l'on règle finalement le pH au voisinage du point isoélectrique de l'acide glutamiqueo On enlève d'une solution ainsi acidifée des quantités appréciables de sulfate de calciumo On doit alors concentrer la solution résultante pour empêcher une perte d'acide glutamique dans un volume de liqueur mère inutilement importante Un inconvénient supplémentaire de ce procédé réside dans le fait que la concentration en ce point peut provoquer une corrosion excessive de l'appareillage et que l'on doit exécuter la concentration avec un soin extrême pour empêcher la transformation de l'acide glutamique en acide pyrro-
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lidone carboxylique avec perte subséquente d'acide L-glutamique.
La présente invention a essentiellement pour objet la préparation, par hydrolyse à l'acide sulfurique d'une substance protéinique, d'une solu- tion sensiblement dépourvue de cendres et intéressante comme composition nu- tritive, ainsi que d'acide L-glutamique sensiblement pur.
L'invention a également pour objet la préparation, par hydroly- se à l'acide sulfurique d'un composé protéinique, d'acide L-glutamique sensi- blement pur et d'une solution sensiblement dépourvue de cendres et comprenant essentiellement des amino acideso
L'invention est encore relative à la préparation, par hydrolyse à l'acide sulfurique, de gluten de blé, d'une solution d'amino acides à fai- ble teneur en produit stérile et d'un produit constitué par de l'acide L- glutamique sensiblement pur.
L'invention est encore relative à la préparation, par hydrolyse à l'acide sulfurique, de gluten de mais, d'une solution d'amino acides à faible teneur en produit stérile et d'un produit constitué par de l'acide L-glutami- que sensiblement puro
D'autres objets de la présente invention apparaîtront au cours d'un examen de la description qui va suivre. On atteindra ces objets par le nouveau procédé objet de l'invention, qui consiste à ajouter à l'hydrolysat par l'acide sulfurique d'une substance protéinique, un agent choisi dans un groupe comprenant les oxydes, hydroxydes ou carbonates de métaux alcalino terreux en quantités suffisantes pour obtenir pour l'hydrolysat un pH compris entre environ 8,0 et environ 12,0.
Lorsqu'on ajoute les composés précités à l'hydrolysat dans ces proportions, on enlève la masse des ions sulfate qui se trouve dans l'hydrolysat acide sous la forme de sulfates insolubles de métaux alcalino-terreuxo Dans la description du présent procédé, les expressions "acide L-glutamique" ou "acide glutamique sont synonymes de l'expres sion acide glutamique 1(+).
Si on choisit le calcium comme métal alcalino terreux, suivant le pH auquel on enlève l'excès de calcium de la solution sous forme de sulfate de calcium, on peut enlever sensiblement de l'hydrolysat soit le calcium qui est non combiné avec les amino acides, soit ce calcium plus celui qui est combiné avec les amino acides.
Ainsi, comme décrit dans le brevet précité n 2.598.341, si l'on règle le pH de l'hydrolysat à une valeur comprise entre 4,0 et 7,0, on peut extraire sous forme de sulfate de calcium, le calcium non combiné, c'est-à-dire le calcium qui n'est pas combiné aux acides amino ; si, au contraire, on règle le pH à une valeur comprise entre 2,5 et 3,5, on peut retirer de la solution à la fois le calcium non combiné et le calcium combiné sous la forme des sels de calcium insolubles des corps de réaction acides précitéso A un pH compris entre 2,5 et 3,5, il n'y a virtuellement pas de combinaison du calcium avec l'acide glutamique et, dans les conditions décrites ci-après, on peut précipiter l'acide glutamique non combiné avec les sels de calcium insolubles dans l'eau.
On sépare le coprécipité de la liqueur finale et on obtient ainsi une solution d'acides amino qui est sensiblement dépourvue de cendreso On mélange ensuite le coprécipité avec de l'acide sulfurique dilué et sensiblement seulement l'acide glutamique est ainsi dissous.
On enlève de cette solution le sulfate de calcium insoluble et on règle à nouveau le pH de la solution résultante contenant l'acide glutamique en dissolution à une valeur comprise entre 2,5 et 3,8 avec de l'ammoniaque ou avec de l'ammoniaco A partir de cette solution, on laisse se cristalliser l'acide glutamique. La cristallisation maximum intervient au bout d'un à cinq jours.
Le produit après filtration et lavage présente un rendement élevé et une qualité très pure allant de 96 à 99% d'acide glutamique pur.
Dans un procédé continu, on empêche la perte d'acide glutamique dans la liqueur mère en recyclant la liqueur mère contenant de faibles quantités de sulfate d'ammonium et d'acide glutamique en solution dans les étapes préliminaires du procédé dans lequel l'hydrolysat de protéine contient des quantités appréciables de calcium en solution de manière à transformer le sulfate d'ammonium en sulfate de calcium. On exécute l'enlèvement de ce der-
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nier dans une phase opératoire ultérieure comme précédemment décrit.
Par ce procédé, on empêche 19accumulation dans l'installation des sels solubles donnant naissance à des cendreso
Comme précédemment décrit, dans l'hydrolyse à l'acide sulfurique d'une substance protéinique, hydrolyse dans laquelle on désire obtenir une liqueur finale dépourvue de cendres, on règle le pH de l'hydrolysat acide à une valeur comprise entre environ 8,0 et environ 12,0 par l'addition d'un agent choisi dans le groupe comprenant les oxydes, les hydroxydes ou les carbonates des métaux alcalino-terreux Dans le nouveau procédé objet de l'inven- tions si 1?on utilise par exemple de la chaux pour régler le pH comme précité, on peut réaliser la coprécipitation du sulfate de calcium, des sels de calcium, des acides amino neutres, tels que la tyrosine et la leucine,
ainsi que de l'acide glutamique en réglant le pH de la solution basique précitée à une valeur voisine de 3,2. On mélange ensuite le coprécipité avec de l'acide sulfurique étendu et on sépare de ce dernier le calcium insoluble. Si on utilise initialement comme produit de départ des protéines, qui, lors de l'hydrolyse, donnent ultérieurement des acides amino neutres dans une proportion relativement importante, le coprécipité obtenu par le réglage direct de l'hy- drolysat de protéine à un pH voisin de 3,2 comme précédemment décrit, contiendra, en plus de l'acide glutamique, des acides amino neutres aussi bien que du sulfate de calciumo Lorsque l'on mélange avec ce coprécipité de l'acide sulfurique étendu, les acides amino neutres se dissolvent avec l'acide glutamique et, lorsque l'on règle à nouveau le pH à une valeur voisine de 3,2,
on obtient un mélange hétérogène d'acide glutamique et d'acides amino neutreso Dans le mode de mise en oeuvre préféré du procédé objet de la présente invention,, on effectue tout d'abord l'enlèvement de ces acides amino à un pH compris entre 5,0 et environ 7,0, à l'aide du moyen précédemment décrit, de telle sorte qu'il ne constitue plus un obstacle pour la récupération finale de l'acide glutamique sensiblement puro Ainsi, si le produit de départ est constitué par une substance protéinique, telle par exemple qu'une céréale, comme le gluten de blé ou le gluten de mais, on peut exécuter cette hydrolyse acide en mélangeant le gluten de céréale avec environ 2 parties en poids d'acide sulfurique à 50 % en poids par partie de protéine que l'on désire hydrolysero On chauffe le mélange acide, pendant plusieurs heures,
à une température comprise entre environ 100 C et environ 1500C, jusqu'à ce que l'on ait transformé sensiblement toutes les valeurs protéiniques en amino acides individuelso On traite ensuite l'hydrolysat acide résultant avec de la chaux pour donner à l'hydrolysat un pH compris entre environ 8,0 et environ 12,0 et de préférence compris entre 10,5 et environ 12,0. Lors de la séparation du sulfate de calcium ainsi formé, on enlève la presque totalité des ions sulfate aussi bien que certains produits organiques insolubles et principalement l'humineo On chauffe ensuite et/ou on évapore la solution alcaline résultante jusqu'à ce que la vapeur de cette solution soit sensiblement libre d'ammoniac.
On règle ensuite le pH de la solution résultante à une valeur comprise entre environ 4,0 et environ 7,0 par addition diacide sulfurique, d'anhydride sulfureux ou d'un produit acide quelconque choisi dans le groupe comprenant les acides et les anhydrides acides dont les sels avec les métaux alcalino-terreux sont sensiblement insolubles dans l'eau.
Le produit insoluble constitué par des sels de métaux alcalino-terreux précipite à partir de la solution dont on a réglé le pH et on peut l'enlever de cette solution par tout moyen approprié tel que la filtration ou la cen- trifugationo On évapore ensuite la solution résultante, de préférence sous vide, au-delà du point de saturation en tyrosine et en leucine, et, lors du refroidissement, les acides amino précités avec de faibles quantités d'autres acides amino comprenant la méthionine, la phénylalanine et la valine cristallisent à partir de la solution. On peut ensuite traiter la solution concentrée résultant de la séparation des acides amino précités de l'hydrolysat par une quantité supplémentaire d'acide sulfurique ou d'anhydride sulfureux pour donner une solution dont le pH est compris entre environ 2,5 et environ 3,5.
On laisse ensuite se déposer ensemble l'acide glutamique et le sel de calcium insoluble ainsi formés. On récupère ce coprécipité puis on le mélange avec une quantité suffisante d'acide sulfurique étendu pour dissoudre le
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composant acide glutamique du coprécipité et pour régler le pH à une valeur comprise entre environ 0,5 et environ 0,9. On brasse vigoureusement la sus- pension pour s'assurer que l'acide glutamique y est complètement dissous. On sépare de la solution le produit insoluble qui est constitué pour la plus grande partie par du sulfate de calcium et on réajuste le pH de la solution résultante à une valeur comprise entre environ 2,5 et 3,8 et de préférence
3,2 avec de l'ammoniac en solution ou à l'état gazeux.
On peut ensuite cris- talliser l'acide glutamique à partir de cette solution et, lorsqu'il en est séparée le laver et le sécher, ce qui donne un produit sensiblement pur dépourvu de cendreso On peut ensuite recycler la liqueur mère provenant de la phase finale de cristallisation aussi bien que toute liqueur de purification au point du procédé continu où l'on ajoute en premier lieu la chaux à l'hydro- lysat acide ou en tout autre point du procédé où l'on rend l'hydrolysat alcalin par un excès d'oxydes, d'hydroxydes ou de carbonates de métaux alcaline terreux.
Etant donné que la liqueur mère et la liqueur de purification contiennent principalement du sulfate d'ammonium et de l'acide glutamique non cristallisé, il n'y a pas de formation concomitante de sels solubles donnant naissance à des produits stériles par suite du fait que le sulfate d'ammonium est transformé en sulfate de calcium à l'emplacement de l'addition et se trouve, comme précédemment décrit, sensiblement complètement éliminé dans les phases opératoires ultérieures.
Le présent procédé est applicable au traitement de tout produit protéinique tel que le gluten de blé, le gluten de mais, la caséine, la farine de cacahuètes, la farine de soja, la farine de coton, l'albumine, la farine de lin, la farine de "flax-seed", la farine de sang et des produits analogues à base de protéine.
Par l'expression "produit acide", telle qu'on l'utilise dans la description, on doit comprendre un produit pris dans le groupe constitué par les acides et les anhydrides d'acide dont les sels avec les métaux alcalinoterreux sont sensiblement insolubles dans l'eau et tels que l'anhydride sulfurique, l'acide sulfurique et le gaz carbonique.
Pour mieux comprendre la nature et le caractère de la présente invention, on va donner ci-après les exemples suivants, qui n'ont aucun caractère limitatif.
Exemple 1
On hydrolyse environ 200 grammes de gluten de blé en les chauffant avec environ 400 grammes d'acide sulfurique contenant environ 50% en poids d'acide sulfurique SO4H2 pendant environ 6 ou environ 12 heures à une température voisine de 115 C, Après avoir refroidi l'hydrolysat, on y ajoute un volume égal d'eau. On ajoute à l'hydrolysat étendu une suspension aqueuse contenant environ 250 grammes de chaux hydratée, ce qui donne un mélange ayant un pH voisin de Il,6.. Cela aboutit à la formation d'un précipité de sulfate de calcium que l'on enlève du mélange alcalin avec le produit organique insoluble ou l'humine produite pendant l'hydrolyse.
La solution alcaline qui contenait une grande quantité d'eau de lavage du sulfate de cal@@un a été ensuite concentrée sous vide par chauffage à une température voisine de 50 C et de 85 C jusqu'à environ 60% de son volume initial, puis on a enlevé sensiblement la totalité de l'ammoniaque hors de l'hydrolysat. A la solution concentrée, on a ajouté de 1,SO2 jusqu'à ce que le pH de la solution soit tombé à environ 5,2. Le sulfite de calcium insoluble qui s'est précipité de la solution de pH réglé a été enlevé de celle-ci par filtration puis on a concentré le filtrat sous vide à une température voisine de 60 C.
En refroidissant ce concentrat, il s'est cristallisé à partir de ce dernier un mélange d'acides amino constitués principalement par la tyrosine et la leucine, en même temps que de faibles quantités de méthionine, de phénylalanine et de valine, ainsi que d'autres acides amino. Ces acides amino insolubles ont été enlevés de la solution par filtration et on a réglé le pH de la solution résultante à une valeur voisine de 3,2 à l'aide d'acide sulfurique.
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On a laissé se déposer ensemble le sulfate de calcium insoluble et l'acide glutamiqueo On a ensuite séparé ce coprécipité de la solution par filtration, son poids à sec étant de 115 gr de mélange d'acide glutamique brut et de sulfate de calciumo A ce mélange on a ajouté environ 200 cm3 d'eau. L'acide glutamique s'est ensuite dissous par réglage du pH de la suspension à 0,7 à l'aide d'acide sulfuriqueo Après agitation pendant plusieurs minutes, on a filtré la suspension et on a lavé avec de l'eau le gâteau insoluble (SO4CA). On a fait cristalliser l'acide glutamique, à partir du filtrat en réglant à nouveau le pH de ce dernier à une valeur de 3,2 à l'aide d'ammoniaque. Après avoir laissé reposer pendant la nuit, on a filtré l'acide glutamique, on l'a lavé modérément et on l'a séché.
L'acide glutamique séché pesait 49 gr et était pratiquement 100 pur (détermination par rotation optique) et sensiblement dépourvu de cendres.
Exemple 2
On a hydrolysé environ 100 grammes de gluten de mars Maco en le chauffant avec environ 200 grammes d'acide sulfurique à environ 50% pendant une durée comprise entre environ 6 heures et environ 12 heures à une température voisine de 115 C Après refroidissement de l'hydrolysat on lui a ajouté un égal volume d'eau. On a ajouté à l'hydrolysat étendu une quantité suffisante de suspension de chaux hydratée pour donner un pH voisin de 11,6. Le sulfate de calcium s'est précipité et on l'a enlevé du mélange alcalin avec le produit organique insoluble ou l'humine produit pendant l'hydrolyse.
On a ensuite concentré sous vide la solution alcaline qui contenait une quantité importante d'eau de lavage de sulfate de calcium, par chauffage à une température voisine de 50 et 85 jusqu'à 60 % de son volume initial, après quoi on a enlevé sensiblement la totalité de l'ammoniaque de l'hydrolysat. A la solution concentrée on a ajouté l'anhydride sulfureux SO2 jusqu'à ce que le pH de cette solution soit tombé à environ 5,2. On a enlevé le sulfite de calcium insoluble qui s'est précipité, de la solution de pH réglé par filtration, puis on a concentré le filtrat sous vide à une température voisine de 60 C.
Lors du refroidissement ce concentrat, constitué par un mélange d'acides amino principalement de tyrosine et de leucine en même temps que de faibles quantités de méthionine, de phénylalanine et de valine ainsi que d'autres acides amino, s'est cristallisé. On a enlevé ces acides amino insolubles de la solution par filtration, puis on a réglé le pH de la solution résultante à une valeur voisine de 3, avec de l'acide sulfurique. On a laissé se déposer ensemble le sulfate de calcium insoluble et l'acide glutamique. On a ensuite séparé ce coprécipité de la solution par filtration, son poids à sec étant constitué par environ 42 grammes d'un mélange d'acide glutamique brut et de sulfate de calciumo A ce mélange on a ajouté environ 80 cm3 d'eau.
On a ensuite dissous l'acide glutamique en réglant le pH de la suspension à environ 0,7 dans de l'acide sulfurique. Après agitation pendant plusieurs minutes on a filtré la suspension et on a lavé avec de l'eau le gâteau de sulfate de calcium insolubleo L'acide glutamique s'est cristallisé à partir du filtrat par un nouveau réglage du pH de ce dernier à une valeur voisine de 3,2 à l'aide d'ammoniaqueo Après avoir laissé reposer pendant la nuit on a filtré de la solution l'acide glutamique, on l'a lavé et on l'a séché. L'acide glutamique sec pesait environ 10 grammes et était pratiquement 100% pur et sensiblement dépourvu de cendres.
REVENDICATIONS.
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