Séparation des sucres d’un milieu de fermentation par chromatographie à lit mobile simulé (Simulated Moving Bed : SMB)

Abstract

Des sucres tels que les fructo-oligosaccharides (FOS) sont bénéfiques pour leurs hôtes car ils stimulent la croissance de bactéries bénéfiques dans le colon du fait qu’ils ne sont pas digérés par l’organisme. Ces FOS peuvent être produits à grande échelle par un procédé de fermentation du sucrose dont le milieu résultant (FOS + autres sucres + sels) doit être séparé en ses différents constituants afin de respecter les normes agroalimentaires. Parmi les techniques permettant cette séparation, seule la chromatographie liquide est applicable à grande échelle afin d’obtenir les puretés requises. La technique de séparation par lit mobile simulé (Simulated Moving Bed – SMB) permet de rendre le procédé continu et de diminuer la consommation d’éluant tout en augmentant la productivité. L’efficacité des techniques chromatographiques dépendant en grande partie de la nature de l’adsorbant, une étude préliminaire a été réalisée dans le but d’identifier le meilleur adsorbant pour cette séparation. Une résine échangeuse d’ions choisie, différentes techniques d’identification des paramètres de fonctionnement ont été mises en oeuvre afin de tester la séparation en mode SMB. Les résultats obtenus permettent de montrer qu’à partir d’un milieu de fermentation contenant 40% de FOS, il est possible d’obtenir un produit final pur à plus de 80%. Néanmoins, il a été mis en évidence que si la présence de sucrose dans le milieu de fermentation est inévitable, il faut absolument la contrôler au maximum pour éviter la pollution du produit final

Fructooligosaccharides (FOS) are non-digestible sugars which affect positively the host by stimulating the growth of specific bacteria in the colon. At large scale, FOS can be produced from sucrose through fermentation. The fermentative broth obtained from this process is a complex mixture. The application of these sugars in the food industry requires their fractionation in order to meet final product specifications. Simulated moving bed chromatography (SMB) appears to be an efficient downstream process for the fractionation of sugars at an industrial scale. Thanks to this technique it is possible to work continuously reducing the solvent consumption and increasing the productivity. The major challenge when designing the separation process is the choice of an efficient adsorbent. A preliminary study was thus realized in order to identify the best adsorbent. An ion exchange resin was chosen and several parametric identification techniques were performed in order to realize the SMB separation. The results display the possibility to increase the FOS purity from 40% to 80%. Nevertheless, it was also displayed that sucrose present in the broth troubles the separation and must be strictly controlled during the fermentation.