Purifier et extraire des molécules : réduire la consommation de solvant grâce à la chromatographie de partage centrifuge

Les méthodes de purification et d’extraction sont généralement gourmandes en solvants organiques. Les industries pharmaceutiques et cosmétiques sont à la recherche d’alternatives plus vertes, et tout aussi performantes. Particulièrement efficace pour l’extraction des biomolécules, des arômes ou des molécules d’intérêt thérapeutique, la chromatographie de partage centrifuge (CPC) présente le double avantage de réduire drastiquement la consommation de solvant et la durée du processus de purification. Spécialisés dans le développement et la montée en échelle de procédés de purification de molécules à haute valeur ajoutée, les experts en génie des bioprocédés de CAPACITÉS nous détaillent les particularités de la CPC.

Interview avec deux experts CAPACITÉS : Luc Marchal, professeur et directeur du département de génie des procédés et des bioprocédés à Polytech Nantes, et Sébastien Chollet, docteur en génie des procédés.

En résumé

Mots Clés :

FRACTIONNEMENT DE MÉTABOLITESChromatographie de Partage CentrifugeCHANGEMENT D’ÉCHELLEMAÎTRISE DU PROCÉDÉ COMPOSÉS PURIFIÉSCARACTÉRISATION DE COLONNES

A quel besoin répond la CPC ?

L. Marchal Les moyens de purification classiques impliquent souvent une consommation importante de solvants organiques. Les entreprises sont à la recherche de solutions alternatives plus efficientes et plus respectueuses de l’homme et de l’environnement.

Nettement moins consommatrice de solvant, la CPC peut être une solution alternative pertinente. Nous réalisons des études de faisabilité et des tests de montée en échelle pour développer et positionner la CPC par rapport aux modes de purification en place chez un client. Pour comparer les technologies, nous nous appuyons sur un vaste parc d’équipements (analytique, distillation, extraction, filtration membranaire…) et nous collaborons avec les équipementiers du marché.

S. Chollet Gilson souhaitait industrialiser une méthode développée consistant à purifier un extrait brut, en extraire une molécule d’intérêt et la concentrer avant de passer à la phase d’industrialisation. Nous avons comparé cinq méthodes de purification pour ce groupe spécialisé dans la fabrication d’équipement et le développement de solutions de purification : la distillation, le stripping, une extraction liquide-liquide multi-étagée à courants croisés et deux méthodes de CPC. La méthode CPC retenue permet à Gilson d’atteindre 40 % de pureté et des rendements supérieurs à 90 %.

Pour un autre client, le fabricant de principes actifs Minakem, nous avons validé la viabilité du remplacement de la CCD (Counter Current Distribution) par la CPC. Ce changement de procédé a permis à l’industriel de réduire d’un facteur quatre le volume de solvant utilisé.

Est-ce qu’on peut parler de chimie verte ?

S. Chollet La CPC consomme environ dix fois moins de solvant que la chromatographie liquide haute pression (HPLC), qui est un procédé de purification très répandu dans l’industrie pharmaceutique. Lorsque cela est possible, nous substituons des solvants pétrosourcés par des solvants biosourcés ou agrosourcés. Des développements sont en cours pour permettre une utilisation à l’échelle industrielle de ces solvants d’origine naturelle.

Quelles molécules peut-on purifier avec la CPC ?

L. Marchal Les phases de CPC aujourd’hui développées permettent de travailler une très large gamme de molécules, des molécules très polaires (sucres et protéines hydrosolubles) aux molécules apolaires (lipides et pigments). Grâce à la CPC, nous pouvons également fractionner des extraits bruts d’une grande complexité, qui nécessitent de séparer énormément de molécules. On trouve ce type d’extraits dans les domaines des biotechnologies et de la pharmacognosie.

La CPC présente-t-elle d’autres avantages ?

S. Chollet Dans les domaines des biotechnologies, de la pharmacognosie et de la parfumerie, les molécules peuvent être très onéreuses. L’avantage de la CPC, c’est qu’il n’y a ni dégradation de l’échantillon purifié ni perte de produit. La phase stationnaire ne subit pas de phénomène d’absorption irréversible, il est de fait possible de la récupérer pour collecter la totalité de l’échantillon injecté. Celui-ci est ensuite réutilisé au cours de la phase de développement à l’échelle laboratoire ou pilote.

Quel est le rendement de la CPC à l’échelle industrielle ?

L. Marchal Les procédés de purification que nous développons permettent aujourd’hui de produire plusieurs dizaines de tonnes d’extraits par an avec une seule colonne CPC. Il existe une infinité de façons de faire des mélanges de liquides. Nous visons à reformuler les phases et adapter la technologie, jusqu’à trouver la solution la plus productive pour le client.

Sur un seul appareil, nous pouvons par exemple développer des méthodes de séparation hybrides, alternant rapidement plusieurs opérations unitaires. Cela permet de réduire le nombre d’étapes du procédé. C’est particulièrement intéressant dans le cas de la purification de matière vivante, qui nécessite plusieurs dizaines d’opération unitaires. Avec la CPC, nous parvenons parfois à réduire de moitié les opérations, ce qui diminue considérablement la durée et le coût du procédé.

Comment se passe la montée en échelle ?

S. Chollet Nous accompagnons les entreprises dans le développement du procédé avant industrialisation. Nous optimisons le principe de séparation en identifiant les bons solvants, car plus la sélectivité du solvant utilisé est grande, plus le procédé est facile à développer. Puis, nous caractérisons l’hydrodynamique des phases. A l’aide de modèles numériques, nous transposons ensuite le procédé à l’échelle préindustrielle et vérifions la validité des calculs projetés. A l’issue du développement, nous formons le client sur l’exploitation du procédé.

 

Autrefois considérée comme une technique de purification réservée au laboratoire, la CPC pénètre les industries pharmaceutiques et de la chimie fine. Cette technique a fait ses preuves dans la purification et l’extraction de molécules à haute valeur ajoutée. Des acteurs de référence tels que Sanofi Pasteur l’intègrent désormais dans leurs procédés.

Vous avez un projet d’implantation de procédé d’extraction ou de purification par CPC ? Contactez-nous pour en savoir plus.

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Réalisations

Les défis relevés

Monter en échelle la purification par CPC

Interview du responsable R&D de Minakem, fabricant de principes actifs pharmaceutiques

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Purifier un actif destiné à la parfumerie

Gilson est un groupe international actif dans la fabrication d’équipement et le développement de solutions de purification. L’entreprise a fait appel à CAPACITÉS SAS dans le cadre de la préparation d’un produit actif destiné à la parfumerie.

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Industrialiser la purification par chromatographie de partage centrifuge

Reconnaissant la maitrise des experts de CAPACITÉS SAS dans le domaine de la CPC, un laboratoire pharmaceutique leur a demandé de définir et de valider les conditions de transposition à l’échelle industrielle d’une opération de purification d’un principe actif.

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