Purification des acides aminés avec du charbon actif

Dans la production d'acides aminés, des normes élevées de pureté sont essentielles.

DESOTEC a une grande expérience de la collaboration avec les clients du secteur chimique, en trouvant les meilleures solutions de purification possibles pour chaque application unique.

Marché et moteurs

Les acides aminés sont utilisés dans les marchés de l'alimentation animale, de l'alimentation humaine, de la pharmacie, des soins de santé et des cosmétiques. Le secteur alimentaire est en train de prendre le relais de l'alimentation animale en tant que marché le plus important.

Dans l'alimentation animale, les additifs d'acides aminés réduisent les coûts, améliorent l'efficacité et la croissance des animaux. La L-lysine, la DL-méthionine, la L-thréonine et le L-tryptophane sont couramment utilisés dans ce secteur.

Dans l'alimentation, ils sont utilisés comme conservateurs ou exhausteurs de goût. Ils peuvent également être ajoutés pour assurer un apport suffisant en acides aminés essentiels, que le corps humain ne peut produire lui-même. L'acide L-glutamique, l'acide L-aspartique, la L-phénylalanine sont largement utilisés.

Dans le domaine de la santé, ils sont utilisés pour traiter les troubles du sommeil et les problèmes digestifs, ou comme précurseurs d'une série d'autres produits pharmaceutiques. En cosmétique, on les trouve dans les crèmes hydratantes.

Le marché mondial des acides aminés était évalué entre 21 et 25 milliards d'euros en 2020, avec un taux de croissance annuel prévu de 5 à 7 %.

Environ 8 millions de tonnes d'acides aminés sont produites chaque année. L'acide L-glutamique non essentiel (utilisé pour l'assaisonnement des aliments et comme additif pour l'alimentation animale) et la L-lysine essentielle (utilisée comme additif pour l'alimentation animale et comme complément alimentaire) représentent les plus gros volumes de production.

Production d'acides aminés

Il existe plusieurs façons de produire des acides aminés. Les procédés biotechnologiques, à savoir la fermentation et la catalyse enzymatique, prennent de plus en plus d'importance, tandis que l'extraction et la synthèse chimique sont en perte de vitesse.

Pour la production d'acides aminés par fermentation, les sous-produits agricoles sont généralement utilisés comme matière première. Les plantes telles que le soja, le blé, le maïs, la pomme de terre et le pois, traitées à l'aide de la biotechnologie, représentent la majeure partie des recettes mondiales. Parmi les acides aminés les plus courants, le L-glutamate et la L-lysine sont généralement produits par fermentation de matières premières d'origine végétale.

Pour les acides aminés par extraction, les sources animales sont les plus courantes. La cystéine et la tyrosine sont produites de cette manière.

La DL-méthionine est encore principalement issue du pétrole et généralement produite par synthèse chimique.

Les défis de la purification

Il est évident que, compte tenu des secteurs concernés, il est crucial que les acides aminés répondent à des normes très élevées de pureté et de qualité.

Les impuretés les plus courantes qui nécessitent un traitement sont les molécules d'azote organiques, détectées sous forme de couleur et mesurées par transmission UV. Elles peuvent être causées par des variations des paramètres de la matière première ou du procédé.

Une purification peut également être nécessaire pour :
●   Améliorer le processus de cristallisation
●   Améliorer les rendements en réduisant les pertes
●   Éliminer les composés toxiques ou moussants avant la fermentation
●   Améliorer le processus de fermentation.

Technologies de purification

Le charbon actif peut être utilisé pour éliminer les molécules indésirables des acides aminés, pendant la production et/ou comme étape de polissage. Il existe sous deux formes : en poudre (PAC) et en granulés (GAC).

Le CAP est ajouté aux lots de solution d'acides aminés pour adsorber les contaminants, puis il est filtré. Cependant, le CAP ne peut pas être réactivé et crée donc un flux de déchets. De plus, la consommation est généralement deux à trois fois supérieure à celle du charbon actif en grains (CAG).

Par conséquent, le passage à un processus continu utilisant le CAG peut être judicieux pour les clients. Le CAG est contenu dans des unités de filtration et élimine les impuretés par adsorption sur le lit filtrant. Une fois saturé, le charbon peut généralement être réactivé, ce qui améliore sa rentabilité et sa durabilité.

Cependant, les fabricants d'acides aminés ont des exigences élevées en termes de qualité des produits et préfèrent réutiliser leur propre charbon réactivé plutôt que de participer à un pool général. Pour les grands clients, nous pouvons proposer des services de réactivation dédiés, permettant l'utilisation exclusive et la réutilisation de leur propre charbon actif.

La filtration sur charbon actif peut également traiter les émissions atmosphériques et les eaux usées provenant du processus de production d'acides aminés.

Études de cas : La purification des acides aminés en pratique

Nous avons un partenariat à long terme avec un grand fabricant européen d'un acide aminé essentiel. Son produit contient encore des molécules qui lui donnent une légère couleur et d'autres impuretés qui en réduisent la qualité. Il y a plusieurs filtres en série sur le site pour traiter le flux de 20 - 40 m³/h. Pour obtenir une purification optimale, le processus est réalisé à une température plus élevée et à un pH faible.

Nous coopérons avec plusieurs autres fabricants d'acides aminés en Europe. L'un d'eux est Evonik, qui est le plus grand producteur mondial de méthionine. La solution de produit méthionine est traitée dans des filtres CAG pour augmenter la transmission des UV et éliminer les composants secondaires. Lors des essais de production à Anvers, les charbons actifs en grains (CAG) renouvelables de Desotec ont remplacé les CAG à base de charbon tout en conservant d'excellentes performances. Le passage au CAG renouvelable s'est déroulé avec succès, sans aucune baisse de performance. Les tests en laboratoire ont démontré la faisabilité de la réactivation du CAG, qui sera bientôt réalisée et qui apportera des avantages économiques supplémentaires.

En ce qui concerne l'empreinte CO₂ e (équivalent CO₂ ) de cette étape de production, la consommation plus faible, la très faible empreinte CO₂ du charbon actif renouvelable lui-même et la possibilité de réactiver le charbon actif entraînent une réduction considérable de l'émission d'équivalent CO₂ par tonne de produit. Par exemple, le remplacement d'un charbon actif fossile par un charbon actif renouvelable de même norme peut réduire l'empreinte CO₂ e de plus de 90 % pour le charbon vierge et d'environ 70 % pour le charbon actif réactivé.

Les avantages des solutions DESOTEC

DESOTEC possède une vaste expérience dans la conception et la mise en œuvre de solutions basées sur le CAP et le CAG pour la production d'acides aminés. Nous comprenons que chaque entreprise du secteur chimique a des exigences précises et uniques.

Avant de mettre en œuvre une solution à grande échelle, nous effectuons des tests approfondis en laboratoire et des essais in situ pour déterminer la qualité optimale du charbon et la configuration du filtre. Si, après les tests, nous pensons que notre solution n'est pas la meilleure, nous en informons le client. Nous recherchons et développons en permanence des moyens d'améliorer les produits et services que nous proposons à nos clients.

Nous travaillons en étroite collaboration avec nos clients pour maintenir des contrôles de qualité très élevés. Notre expertise nous permet de dépanner et de trouver la cause profonde de tout problème qui pourrait survenir.

Nos filtres sont mobiles et fournis sur la base d'une location mensuelle, ce qui en fait une solution flexible pour de nombreux clients du secteur chimique.

L'utilisation de charbon actif réactivé et à base renouvelable dans les filtres mobiles est également considérée comme durable, notamment pour la production d'acides aminés d'origine végétale. L'empreinte CO₂e du berceau à la porte des acides aminés d'origine végétale serait de l'ordre de 20 kg CO₂e/kg de produit. La consommation de CAG pourrait être d'environ 1kg/100kg de produit, et représenterait donc moins de 0,1% du CO₂e total.

Une fois le CAG épuisé, il est transporté hors des sites des clients vers les installations de DESOTEC dans des unités de filtration fermées. Cela signifie qu'il n'est pas nécessaire de manipuler le charbon sur le site, ce qui permet de préserver les usines chimiques de la poussière et de la saleté.

Dans les fours de DESOTEC, les contaminants sont entièrement détruits, conformément à la législation européenne, et le carbone est réactivé. Le processus est surveillé en permanence, de sorte que seule de la vapeur d'eau inoffensive sort des cheminées.