Solutions rapides d'évaporation haute capacité pour des processus de fractionnement sophistiqués

Introduction

Dans la quête de trouver de nouveaux matériels naturels de saveur, des équipements puissants qui peuvent produire et concentrer les fractions dérivées des extraits naturels sont essentiels.

Conventionnellement, plusieurs étapes de séparation et d’évaluation sont nécessaires jusqu'à l’obtention d'un composé à la pureté requise pour une analyse structurée.

« International Flavors & Fragrances Inc (IFF) » a développé un processus de fractionnement à la pointe de la technologie en utilisant l'équipement le plus moderne à cette fin.

Les principaux composants de ce système sont l'instrument Sepbox®, fabriqué par Sepiatec GmbH (Allemagne) et le Genevac® HT-24 (Genevac Ltd., Royaume-Uni).

La Sepbox permet la séparation en deux dimensions de produits naturels HPLC, extraction en phase solide (HPLC-SPE). Dans les étapes séquentielles de HPLC-SPE / HPLC-SPE, les composants individuels sont isolés à partir de mélanges complexes. Sepbox automatise toutes ces étapes.

Comment tout commence

La demande croissante de produits « naturels » rend la recherche de ces produits potentiellement lucrative. La grande variété de sources végétales et animales traditionnellement consommé de par le monde rend le choix des matériaux de départ essentiels.

Afin de réduire les sources possibles d'extraction, IFF a mené des recherches de grande envergure à la fois en interne et en externe. IFF emploie des « Chefs réputés » et « Aromaticiens », qui ont été très utiles pour diriger notre source d'échantillonnage. Les Chefs de l'IFF ont fourni des idées sur les matériaux mais ont également préparé plusieurs aliments comme point de départ pour l'extraction.

Outre les recommandations internes, nous avons également recherché à utiliser des denrées alimentaires traditionnelles du monde entier et consulté de nombreux autres professionnels de l'alimentation.

On sait peu de choses sur les propriétés qu'un composé doit présenter pour être goûteux, nous croyons que l'extraction exhaustive sur une large gamme de composés polaires est l'approche la plus prometteuse. Une série de trois techniques d'extraction successives ont été utilisées, un solvant organique froid et un chaud ainsi que de l'eau sont employés. Il est assez difficile pour un chercheur de regarder un flacon rempli de « boues » sombres car une grande quantité de travail est nécessaire pour isoler une seule molécule particulière de tous les autres matériaux présents.

Le problème est que nous ne voulons perdre aucun composé potentiellement intéressant, mais nous ne voulons pas non plus un temps d'arrêt excessif du matériel, car nos échantillons détériorent les performances du système. Plusieurs techniques sont décrites afin d'éliminer les composants indésirables tels que les chlorophylles et les graisses qui se révèlent utiles.

Le processus de fractionnement/séparation

La conception de la Sepbox (figure 1) permet l'injection sèche ou liquide de plusieurs grammes d'échantillon de matériel.

L'injection à sec est utilisée par IFF. L'échantillon est déposé sur une phase inverse mobile (RP).

La première séparation est basé sur la durée, en utilisant un gradient eau-méthanol et un détecteur ultraviolet (UV).

Cette première étape de séparation produit 16 sous-fractions qui sont piégées sur des colonnes SPE. Chacune de ces fractions initiales est de nouveau fractionnée par une seconde séparation qui utilise un gradient eau-acétonitrile et UV, détection par diffusion de lumière (DEDL) pour surveiller la séparation.

À ce stade, l’option est de piéger sur la durée ou par détection de pic, renvoi de la ligne de base aux déchets et réduction du nombre de fractions nécessitant un traitement ultérieur. Afin de rationaliser notre procédé, un fractionnement basé sur la durée est utilisé, donnant un nombre constant de fractions pour chaque échantillon. 

Le deuxième piège est configuré pour générer 19 sous-sous-fractions. Pour les composés polaires piégés, une différente configuration est en place qui donne 29 fractions. Après le premier piégeage, les composés sont séparés en gradient d’eau/acétonitrile et directement collectés. Un mélange de solvants organiques est utilisé pour éluer tous les autres composés piégés et les recueillir dans un collecteur de fractions.

Le défi de séchage

Chaque séparation produit 320 flacons au total, chacun avec un volume d'environ 45 ml. Le Genevac HT-24 (figure 2) a été choisi pour sécher les échantillons, car il comporte deux chambres de grande capacité de chargement de flacons. Les flacons utilisés pour collecter les fractions ne sont pas de taille standard, donc Genevac a conçu un support d'échantillon personnalisé. Le système peut évaporer 192 flacons à la fois (96 par chambre). En deux jours, toutes les fractions sont séchées et prêtes à être manipulées et testées. 285 flacons contiennent 45 ml de mélange de solvants organiques ternaires avec environ 5% d'eau. 35 flacons viennent d'un gradient d'acétonitrile d’eau, de 0 à 100%. Les conditions d'évaporation doivent être douce puisque la dégradation ou même l'évaporation des composés ciblés potentiels serait une perte considérable. Dans l’évaporateur, les conditions d'évaporation sont soigneusement contrôlées pour assurer une évaporation rapide et sûre. Le système Dri-Pure® intégré à l'évaporateur empêche les injections et la contamination croisée. Le logiciel du système, contrôle et surveille les pressions et les températures des échantillons. La mesure des températures se fait via un thermocouple placé dans le support d'échantillon, un autre thermocouple est placé dans un échantillon pour fournir des informations supplémentaires sur le processus d'évaporation.