La présente invention concerne un nouveau procédé de traitement des extraits de réglisse destiné notamment à récupérer la glycyrrhizine et un suc déglycyrrhiziné.

L'acide glycyrrhizique est l'ester diglucuronique de l'acide glycyrrhétinique et répond à la formule chimique C42H62O16. On le trouve également sous la dénomination "glycyrrhizine" ou "glycyrrhizin" en anglais, en particulier dans Merck Index ou dans le livre du Conseil de l'Europe sur les substances chimiques intitulé : "Substances aromatisantes et sources naturelles de matières aromatisantes - Conseil de l'Europe - 3ème Eddition 1981 - Edition MAISONNEUVE".

Le nom "glycyrrhizine acide" est utilisé pour désigner le précipité obtenu lors de l'acidification d'un extrait de réglisse. On désigne également sous le nom commercial glycyrrhizine, les sels solubles, généralement le sel ammoniacal de la glycyrrhizine acide. C'est la terminologie qui sera retenue dans le présent mémoire.

On désigne par suc déglycyrrhiziné ou "suc D" le suc de réglisse à basse teneur en acide glycyrrhizique obtenu lors de la fabrication de la glycyrrhizine.

Les extraits de réglisse et les produits dérivés de ces extraits sont obtenus à partir de la réglisse qui est une plante connue en botanique sous le nom de "Glycyrrhiza glabra", ce qui signifie en grec "racine douce". Cette plante appartient à la famille des légumineuses papilionacées et pousse dans les régions subtropicales, à l'état sauvage. Seules les racines de cette plante, ou rhizomes, sont utilisées pour la préparation des extraits de réglisse.

Dans de tels procédés, les racines de réglisse, après sélection, sont broyées et placées dans un extracteur où elles subissent un ou plusieurs lavages à l'eau. La température d'extraction peut varier de façon relativement importante (température ambiante à extraction sous pression).

L'extrait obtenu est ensuite filtré de façon à éliminer le maximum de matières étrangères telles que des fibres de bois. Il est ensuite concentré dans des évaporateurs à multiples effets.

Cet extrait titre de : 4 à 20 % d'acide glycyrrhizique. Sa concentration est de : 10 à 40 % de matière sèche.

Dans les procédés classiquement utilisés à l'heure actuelle pour préparer la glycyrrhizine, l'extrait de réglisse obtenu ci-dessus est acidifié par addition d'un acide minéral de façon à abaisser le pH de la solution aux environs de la valeur de 1. La glycyrrhizine sous forme acide étant insoluble, un précipité (la pâte) se forme et la solution surnageante, désignée sous le nom de suc de réglisse déglycyrrhiziné, est séparée du précipité et traitée séparément.

La pâte (glycyrrhizine acide) qui contient environ 50 à 80 % d'eau est lavée plusieurs fois à l'eau de façon à éliminer le maximum d'acide. Ensuite, la pâte est redissoute par addition d'une base et mise en poudre par atomisation. Ainsi est obtenue la "GLYCYRRHIZINE".

La glycyrrhizine titre de : 15 à 30 % d'acide glycyrrhizique.

Ainsi, le procédé classique de préparation de la glycyrrhizine à partir d'un extrait de réglisse est basé sur la précipitation de la glycyrrhizine en milieu acide. Le suc surnageant liquide obtenu après précipitation de la glycyrrhizine est très fortement chargé en anions, ce qui nuit grandement à sa valorisation.

En effet, ce suc possède potentiellement d'intéressantes propriétés aromatisantes et pharmacodynamiques, notamment du fait de la présence de flavones, mais sa valorisation nécessite, dans un premier temps, l'élimination des anions introduits lors de l'étape d'acidification. On recourt actuellement, pour réaliser cette opération, à un traitement chimique consistant à précipiter ces anions, par exemple sous forme de sels de chaux. Cependant, ce procédé ne permet pas d'éliminer totalement ces anions et, dans le cas particulier des sulfates, on ne réussit en général à en éliminer que 60 à 70 % et qu'à abaisser la teneur en cendres du milieu de seulement 60 à 70 %. La demanderesse a cherché à améliorer les conditions de valorisation du suc déglycyrrhiziné tout en conservant de bonnes conditions de précipitation de la glycyrrhizine.

Elle a découvert qu'un traitement par électrodialyse appliqué au suc déglycyrrhiziné permettait de le débarrasser des sels minéraux qu'il contenait, en particulier, des anions introduits lors de la phase d'acidification.

Poursuivant ses travaux dans ce domaine, la demanderesse s'est aperçue que, selon une autre variante de l'invention, recourant, elle aussi, à l'électrodialyse, on pouvait éviter l'introduction d'anions dans la phase de précipitation de la glycyrrhizine en réalisant l'acidification par électrodialyse. Elle a également découvert que le produit ainsi acidifié pouvait ensuite, après élimination du précipité, subir une étape supplémentaire de déminéralisation, elle

aussi par électrodialyse, et que ces deux étapes pouvaient être avantageusement réalisées en utilisant un seul et même dispositif d'électrodialyse.

Ainsi, selon une de ses caractéristiques essentielles, l'invention concerne un procédé de traitement d'un extrait de réglisse contenant de 4 à 20 % d'acide glycyrrhizique et 10 à 40% de matière sèche, notamment en vue de récupérer de la glycyrrhizine et un suc déglycyrrhiziné, après une étape d'acidification dudit extrait et de séparation par précipitation de la glycyrrhizine acide, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape de traitement par électrodialyse dudit extrait en vue de l'acidifier et/ou du suc déglycyrrhiziné en vue d'abaisser sa teneur en sels minéraux.

Les extraits de réglisse traités selon la présente invention sont les extraits tels qu'ils ont été précédemment définis. Ces extraits contiennent en général, selon leur procédé d'obtention et leur origine, de 10 à 40 % de matière sèche et titrent de 4 à 20 % d'acide glycyrrhizique. Selon une première variante, le procédé de l'invention défini ci-dessus consiste à soumettre ledit extrait à une étape d'acidification destinée à précipiter la glycyrrhizine acide, à séparer la glycyrrhizine acide par précipitation et à traiter par électrodialyse le suc déglycyrrhiziné en vue de diminuer sa teneur en sels minéraux. Selon cette première variante, l'étape d'acidification est avantageuse¬ ment réalisée au moyen d'un acide fort, par exemple l'acide chlorhydrique ou l'acide sulfurique.

Pour réaliser l'étape d'électrodialyse, il est possible d'utiliser tout type de membranes permettant la séparation des ions sulfates ou chlorures en fonction du milieu de précipitation retenu.

On choisira avantageusement des membranes dont la résistance électrique est de 2 à 4 Ω.cm^

Le pH du suc déglycyrrhiziné peut être porté avant électrodialyse à toutes valeurs inférieures à 3. On choisit avantageusement des valeurs de pH comprises entre 1 et 2 et on réalise après électrodialyse une étape dite étape de neutralisation destinée à augmenter le pH de la solution.

Cette neutralisation est avantageusement réalisée par addition d'une base, par exemple la soude ou l'ammoniaque jusqu'à une valeur comprise entre 5 et 7. La température à laquelle est réalisée l'électrodialyse est avantageusement inférieure à 45 ^* C, de préférence comprise entre 30 et 35 ^* C.

Pour des raisons pratiques, l'étape d'électrodialyse est de préférence appliquée à une solution ne contenant pas de particules de dimensions supérieures à 15 à 20 μm et on soumet avantageusement le suc déglycyrrhiziné à une étape préalable de centrifugation sous pression avant l'étape d'électrodialyse. Selon une autre variante de l'invention recourant, elle aussi, à l'utilisation de l'électrodialyse, l'étape d'acidification du jus de réglisse est réalisée par électrodialyse.

Cette étape d'acidification par électrodialyse d'un jus de réglisse constitue une invention indépendante en soi, indépendamment du traitement qui peut être ensuite appliqué au produit d'acidification dudit extrait en vue notamment de récupérer la glycyrrhizine et un suc déglycyrrhiziné.

Ainsi, selon un autre de ses aspects, l'invention concerne un procédé d'acidification d'un extrait de réglisse contenant de 4 à 20 % d'acide glycyrrhizique et de 10 à 40 % de matière sèche dans lequel l'étape d'acidification est réalisée par électrodialyse.

Les variantes de l'invention mettant en oeuvre une étape d'acidification par électrodialyse sont décrites plus en détail ci-dessous en référence aux figures 1 à 5 qui illustrent schématiquement, respectivement :

- Figure 1 : un électrodialyseur dont la cellule de base comprend trois compartiments séparés par 2 membranes cationiques et une membrane anionique.

- Figure 2 : un électrodialyseur à trois compartiments utilisant des membranes bipolaires comme sources de protons.

- Figure 3 : un procédé complet permettant la production simultanée de glycyrrhizine acide et d'un jus déglycyrrhiziné.

- Figure 4 : l'électrodialyseur de laboratoire utilisé pour l'acidification d'un extrait de réglisse dans l'exemple 2.

- Figure 5 : l'électrodialyseur pilote utilisé dans l'exemple 3.

Selon une première variante, l'acidification de l'extrait de réglisse par électrodialyse est réalisée en utilisant un acide minéral fort comme source de protons.

Dans une telle variante, on utilise avantageusement un électrolyseur à trois compartiments tel que celui représenté sur la figure 1.

Dans un tel électrodialyseur, la cellule de base est constituée de trois compartiments élémentaires notés 1, 2, 3 et comprend deux membranes échangeuses de cations notées 4 du côté anodique et 5 du côté cathodique, et une

membrane échangeuse d'anions notée 6. Les deux membranes échangeuses de cations délimitent le compartiment 2 dans lequel la glycyrrhizine (G) se trouve initialement sous la forme d'un sel minéral, en général un sel de potassium d'où les indications G- et K ⁺ figurant sur la figure 1. On fait circuler dans le compartiment 1 un acide (AH) dont les protons, en cours de fonctionnement de la cellule d'électrodialyse, traversent la membrane cationique 4 et viennent se combiner à l'anion organique G" situé dans le compartiment 2 pour former la glycyrrhizine acide (GH) alors que le cation minéral (K ⁺ ) migre au travers de la seconde membrane échangeuse de cations 5 pour être transféré dans le compartiment 3 où il se combinera à l'anion de l'acide minéral. Cet acide minéral qui circule dans le compartiment 1 est avantageusement de l'acide sulfurique à concentration de 5.10 ^~ 1 à 2.10" 1 M. Dans le compartiment

2, GH se substitue ainsi progressivement à son sel minéral.

La solution circulant dans le compartiment 3 est avantageusement une solution de sulfate de potassium à une concentration comprise entre 5.10 ^~ 2 M et

2.10 ^"1 M.

Pour la mise en oeuvre de cette variante, on choisira avantageusement comme membranes cationiques et anioniques, des membranes du type de celles utilisées pour le dessalement des eaux. La densité de courant est avantageusement comprise entre 10 et

25mA.cm2.

Selon une autre variante particulièrement intéressante, l'étape d'acidification est réalisée en utilisant des membranes bipolaires comme source de protons. Dans une telle variante, on utilise avantageusement un électrodialyseur dont la cellule est schématisée sur la figure 2.

Dans une telle variante, l'extrait de réglisse circule dans le compartiment central 2 entre deux membranes échangeuses de cations 4 et 5 de même type que dans le cas précédent. La membrane anionique est dans ce cas remplacée par une membrane bipolaire 7.

Cette membrane injecte par sa face cathodique des protons (H ⁺ ) dans le compartiment 1 qui contient une solution d'acide minéral, par exemple d'acide sulfurique. Dans ce dispositif, il n'y a pas de consommation d'acide puisque les protons générés par la membrane bipolaire sont transférés dans le 2ème compartiment 2 et vont se combiner avec l'anion G pour former la Glycyrrhizine

acide, comme dans le cas précédent. Les cations présents dans l'extrait de réglisse sont transférés dans le 3ème compartiment 3 où ils se combinent aux ions OH" générés par la face anodique de la membrane bipolaire. Pour prévenir la précipitation des hydroxydes, un complexant de type EDTA sera avantageusement ajouté dans le compartiment central 2 pour éviter la sortie des cations alcalinoterreux.

La solution circulant dans le compartiment 3 sera préférentiellement une solution de potasse de 0,05 à 0,2 M.

La densité de courant est avantageusement comprise entre 30 et 40 mA cm ² .

A titre d'exemple de membranes bipolaires utilisables dans ce type d'installation, on citera les membranes BP Tokuayoma-Soda.

Selon une variante particulièrement intéressante du procédé de l'invention, on traite l'extrait de réglisse par électrodialyse dans des conditions telles que l'on produit simultanément de la glycyrrhizine acide et un jus déglycyrrhiziné.

Selon un tel procédé dont le principe est figuré sur le schéma représenté à la figure 3, l'extrait de réglisse circule dans le compartiment 11 de la cellule d'électrodialyse et est d'abord épuré en acide glycyrrhizique par acidification au moyen d'une membrane bipolaire 14. Le pH est abaissé jusqu'à une valeur comprise entre 2,5 et 2,0.

L'acide glycyrrhizique (GH) précipite et est éliminé, par exemple, par microfiltration. L'extrait de réglisse épuré en acide glycyrrhizique est traité dans le 3 ^eme compartiment 13 de la cellule où, sous l'effet de la génération d'ion 0H ^~ par la membrane bipolaire, le pH est relevé à des valeurs comprises entre pH = 6 et pH = 8. Dans la même opération, les anions sont éliminés de l'extrait qui, en fin de traitement, sera à la fois déminéralisé et déglycyrrhiziné. La membrane échangeuses d'anions 16 et la membrane échangeuse de cations 15 sont deux membranes d'électrodialyse conventionnelles. La densité de courant se situe entre 15 et 30 mAcm ² .

Pour mettre en oeuvre ce procédé, on procède donc en deux étapes successives : l'extrait de réglisse est traité en cuvée dans le compartiment cathodique de la cellule à membrane bipolaire où il est acidifié de façon à précipiter l'acide glycyrrhizique qui est éliminé. On introduit ensuite dans le compartiment anodique l'extrait de réglisse, épuré en acide glycyrrhizique au terme de l'étape précédente, pour réaliser sa déminéralisation.

EXEMPLES

Exemple 1 Traitement d'un suc de réglisse déglycyrrhiziné On prépare à partir d'un extrait de réglisse obtenu par extraction aqueuse à une température comprise entre 80 et 100*C, pendant quelques heures, de racines de réglisse "Glycyrrhiza Glabra", et contenant de 8 à 12 % d'acide glycyrrhizique, un suc déglycyrrhiziné noté "D" par addition audit extrait d'acide sulfurique de concentration 30 % jusqu'à un pH de 1 à 2. On sépare la glycyrrhizine qui précipite sous forme solide du suc D surnageant liquide. a) Traitement classique de déminéralisation (comparatif)

Le procédé actuellement utilisé pour réaliser cette opération fait appel aux propriétés de solubilité des ions sulfates en présence de sels de chaux. Ce procédé ne permet cependant qu'une diminution de la concentration des sulfates d'environ 60 à 70 % et de la teneur en cendres de 20 à 25 %. b) Traitement par électrodialvse selon l'invention

b.l Essais sur un appareil pilote.

On utilise pour réaliser le traitement un appareil pilote dont la surface des membranes est de 2,3 m ² .

L'électrodialyseur est composé de 3 cuves :

- 1 cuve dans laquelle circule le produit à traiter

- 1 cuve contenant une solution de chlorure de sodium conductrice

- 1 cuve qui, au cours du traitement, s'enrichit en sels provenant de la cuve contenant le produit à traiter.

L'appareillage utilisé se compose de 100 cellules élémentaires de 230 cm ² chacune, soit une surface totale de 2.3 m ² -

La tension maximale admissible est de 1 Volt par cellule soit 100 Volts maximum correspondant à une intensité de 6 à 8 Ampères. La pression de serrage des cellules est de 5 m/Kg.

Les membranes anioniques utilisées ont les caractéristiques suivantes :

- épaisseur : 0.12/0.15 mm

- résistance électrique 2 - 3 Ω.cm ²

- capacité d'échange 2 - 2.3 meq/g.sec - perm-sélectivité > 94 %

- éclatométrie 3 - 5 Kg/cm ²

Les membranes cationiques utilisées ont les caractéristiques suivantes :

- épaisseur 0.13 / 0.15 mm

- résistance électrique 2.5 - 3.5 Ω.cm ²

- capacité d'échange 1.5 - 1.8 meq/g .sec - perm-sélectivité > 92 %

- éclatométrie 5 kg/cm ²

b.2 Essais sur un appareil de type industriel

L'appareillage utilisé se compose de 2 empilements de 150 cellules de 230 cm ² chacune soit une surface totale de 6.9 m ²

La tension maximale admissible est de 1.33 Volt par cellule soit 200 Volts maximum corresppondant à une intensité de 8 Ampères.

La pression de serrage des cellules est de 5 m/Kg

On a suivi en continu le taux de cendres et le taux de sulfate dans le produit en cours de traitement par mesure de sa conductivité.

La conductivité est d'environ 25 à 30 ms/cm en début et de 2 à 5 ms/cm en fin de traitement.

Les résultats obtenus sont consignés dans les tableaux 1 et 2 correspondant respectivement à l'essai sur appareil pilote et à l'essai sur appareil industriel.

Dans ces tableaux, la première colonne correspond au suc D avant traitement, la deuxième au suc D après traitement par électrodialyse et la troisième colonne donne les résultats après "neutralisation" du produit résultant de l'électrodialyse. En effet, à la fin du traitement par électrodialyse, le pH du produit est d'environ 1,5 à 2,5. Le pH est ensuite amené aux alentours de 5 par addition de soude (étape dite de "neutralisation"), ce qui a pour effet d'augmenter le taux de cendres comme cela apparaît dans la colonne de droite des deux tableaux 1 et 2 ci- dessous.

TABLEAU 1

TABLEAU 2

De ces tableaux, il ressort que, en comparaison avec les résultats classiquement obtenus, le procédé de l'invention permet une nette diminution du taux de cendres et du taux de déminéralisation et, cela, malgré l'étape défavorable de "neutralisation".

Exemple 2 Acidification d'extraits de réglisse par électrodialvse

On utilise un miαropilote d'électrodialyse de laboratoire composé de 5 circuits désignés par A, B, C, D, E et dont le schéma est donné sur la figure 4. Les différents produits circulent dans le sens indiqué par les flèches.

Les menbranes 40, 41, 42 sont des membranes échangeuses de cations de type CDS fabriquées par Morgane Solvay, la membrane 43 est une membrane échangeuse d'anions de type Selenion AMV fabriquée par Asohi glass. Aux extrémités, les circuits A et E où circule une solution de Na2SÛ4 à 0,1 M/1 assurent le rinçage des électrodes et communiquent entre eux de sorte qu'aucune variation de pH ne résulte des deux réactions d'électrodes. Ces circuits permettent d'éviter la contamination des fluides concernés par l'électrodialyse.

Les solutions de sucs de réglisse circulent dans le circuit C. L'injection de H ⁺ qui transforme les sels d'acide glycyrrhizique en acide glycyrrhizique insoluble est assurée par la membrane échangeuse de cations (42) située entre le compartiment C et le compartiment D où circule une solution d'acide sulfurique 0,2 N. Les volumes des solutions circulant dans les circuits sont les suivants :

- Circuit A et E : 5 litres

- Circuit B : 5 litres

- Circuit D : 5 litres

La surface utile des membranes est de 10 cm ² . Dans chaque circuit, les membranes sont directement au contact avec les solutions circulantes. La section des espaces inter-membranaires est parfaitement définie. Par conséquent, en fonction du débit des solutions circulantes, il sera possible de déduire les valeurs de la vitesse de circulation qui est supposée être la même en tout point du circuit.

Le tableau 3 donne les rendements obtenus lors du traitement de différentes solutions obtenues à partir du même suc de réglisse dont la teneur en acide glycyrrhizique est de 10,7 %, la teneur en cendres de 16,6 % et le pH de 4,8 pour différentes conditions d'électrodialyse.

Par "rendement pâte" dans ce tableau, on désigne le rapport MS/MO entre la quantité de pâte sèche obtenue et la quantité de suc de réglisse sec mis en oeuvre.

Par "rendement AG" dans ce tableau, on désigne le rapport AG/MO entre le contenu en acide glycyrhizique de la pâte obtenue et le contenu en acide glycyrhizique du suc de réglisse mis en oeuvre.

Exemple 3 On traite une solution contenant 500 g du même suc de réglisse que dans l'exemple 2 dissous dans 1500 ml d'eau dans un pilote préindustriel d'électrodialyse à 4 compartiments notés F, G, H, I, dont le schéma est donné sur la figure 5, les différents liquides circulant dans le sens indiqué par les flèches. Une solution de rinçage constituée de Na2Sθ4 à 0,1 M/1 circule dans les compartiments F et I dans le sens indiqué par les flèches.

L'extrait à traiter circule dans le sens indiqué par la flèche dans le compartiment G, tandis que de l'acide sulfurique 0,2N circule dans le compartiment H. Les membranes 50 et 51 sur la figure 5 sont des membranes cationiques de type CDS fabriquées par MOGANE SOLVAY , la membrane 52 est une membrane anionique de type AMV fabriquée par ASAHI GLASS. Pour une densité de courant de 30 mA/cm ² , une vitesse de circulation de 4,2 cm/s et une durée d'électrodialyse de 3 h 25 min, le pH en fin d'électrodialyse est de 2,5, le rendement en pâte de 30,8 % et le rendement AG de 67,9 %.

Exemple 4 On procède comme dans l'exemple 2, mais avec des extraits de suc de réglisse d'origine différente, à savoir :

- essai 1 : un suc de réglisse en poudre contenant 6,3 % d'acide glycyrhizique et ayant une teneur en cendres de 8,5 % et un pH de 5,5.

- essai 2 : un suc de réglisse en poudre fabriqué selon un procédé d'extraction à température ambiante et dont la teneur en acide glycyrrhizique est de 14,2 %, la teneur en cendres de 11,1 % et le pH de 6,1. Les résultats obtenus sont consignés dans le tableau 4.

TABLEAU 4