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Optimisation de l’étape de sublimation du procédé de lyophilisation des souches

Optimisation de l’étape de sublimation du procédé de lyophilisation des souches probiotiques: Quelles sont les conditions de pression totale de la chambre de sublimation et de température d’étagère qui permettent d’optimiser l’étape de dessiccation primaire et secondaire du processus de lyophilisation au niveau de la viabilité des bactéries et de la réduction du coût et du temps de production? Matière: chimie Nombre de mots: 3981 Mots (on a pris en considération le nombre de mots des notes de bas de page qui ont été utilisées pour indiquer autre chose que des références) 1 Remerciements Le processus entier de la réalisation du mémoire était pour moi une expérience formidable et un défi de haute qualité. C’est pour cela que, tout d’abord, je tiens à remercier mon professeur de chimie sans lequel ce document n’aurait jamais vu le jour. Il m’a aidé tout au long de la rédaction et a pu me guider vers le bon chemin. Je le remercie également pour sa disponibilité et pour le temps qu’il m’a consacré pour la correction de ce travail. J’exprime mon immense gratitude à la responsable de l’encadrement du mémoire qui nous a enseigné durant cette année, à la coordinatrice du bac international qui était à mon écoute pour m’encadrer et me remonter le moral quand c’était nécessaire et aussi aux deux pharmaciens qui m’ont activement guidé dans ma compréhension du sujet. Enfin je tiens à remercier mes parents et mes amis qui m’ont beaucoup encouragée durant cette étape. Merci à toutes et à tous. 2 Table de matière: REMERCIEMENTS………………………………………………………………………...2 INTRODUCTION……………………………………………………………………………5 QUESTION DE RECHERCHE………….………………………………………................7 HYPOTHÈSE.………………………………………………………………………………..8 SÉLECTION DES VARIABLES………………………………………................................9 RECHERCHE…………………………………………………………………………..........9 MÉTHODE…………………………………………………………………………………...9 CHAPITRE I:............................................................................................................................. Analyse de données récoltées d’une thèse proposée par Pierre Verlhac, Université de Lyon, 2019 (première méthode d’optimisation).....................................................................9 influence de la température d’étagère sur le temps de sublimation et l’aspect des lyophilisats…………………………………………………………………………….10 influence de la pression sur le temps de sublimation et l’aspect des lyophilisats……13 Viabilité des bactéries………………………………………………………………..15 Chapitre II:................................................................................................................................ Principe du Quality By Design (QBD) et du Design Space selon une deuxième étude…17 COMPARAISON ENTRE LES DIFFÉRENTES MÉTHODES D’OPTIMISATION…..20 CONCLUSION……………………………………………………………………………...21 BIBLIOGRAPHIE………………………………………………………………………….23 Sites internet………………………………………………………………………….23 Encyclopédies………………………………………………………………………...25 Vidéos………………………………………………………………………………...25 Articles en ligne...…………………………………………………………………….26 Livres………………………………………………………………………………....26 Entrevues……………………………………………………………………………..26 Thèses;Documents PDF……………………………………………………………...27 ANNEXES…………………………………………………………………………………...28 3 Annexe I………………………………………………………………………………28 Annexe II……………………………………………………………………………..28 Annexe III…………………………………………………………………………….29 Annexe IV…………………………………………………………………………….29 Annexe V……………………………………………………………………………...32 Annexe VI…………………………………………………………………………….33 Annexe VII……………………………………………………………………………34 4 Introduction: Au cours de ces dernières années, les recherches sur les probiotiques qui sont, selon le dictionnaire Le Robert1, des aliments qui contiennent des micro-organismes vivants exerçant un effet bénéfique sur l'organisme, ont augmenté considérablement2, dans l’industrie agroalimentaire et pharmaceutique, afin de maximiser la vente de ces produits probiotiques dans les marchés (compléments alimentaires, produits laitiers, yaourts…). Ces recherches sont liées au fait que celles-ci permettent d’améliorer la qualité de la flore intestinale et de minimiser les déséquilibres au sein des micro-organismes qui composent notre flore intestinale et buccale. En raison de ces bienfaits3, les probiotiques représentent un marché en pleine expansion dans les industries alimentaires et de la santé4. En revanche, les souches bactériennes sélectionnées nécessitent de nombreuses études afin d’assurer leurs effets bénéfiques et leur viabilité avant qu’elles ne soient commercialisées et afin que ces microorganismes soient livrés actifs aux endroits ciblés du corps humain. Le marché tient donc compte de la viabilité et de la stabilité des bactéries que la production doit fournir. Ainsi, les scientifiques ont considéré plusieurs méthodes de stabilisation des bactéries telles que la méthode de congélation et de séchage classique (comme l’atomisation par exemple). Mais, ils se sont tournés vers un procédé de stabilisation plus efficace en termes de qualité de 1 Les éditions Le Robert et Google. (s. d.). Consulté le 13 juin 2021, à l’adresse https://www.lerobert.com/google-dictionnaire-fr?param=probiotique 2 Victor Huguel. 5 mars 2021. L’avenir du marché des probiotiques dans le domaine de la santé. Analyse du marché des probiotiques. Page 46. Université de Bordeaux. THÈSE POUR L’OBTENTION DU DIPLÔME D’ETAT DE DOCTEUR EN PHARMACIE. à l’adresse: https://dumas.ccsd.cnrs.fr/dumas-03161018/document 3 Haberfeld, I. (2019, 6 septembre). Probiotique : bienfaits, quand en prendre, effets indésirables ? [Fichier vidéo]. Consulté à l’adresse https://sante.journaldesfemmes.fr/fiches- sante-du-quotidien/2560914-probiotique-bienfaits-aliments-cure-lequel-choisir/ 4 Victor Huguel. 5 mars 2021. L’avenir du marché des probiotiques dans le domaine de la santé. Analyse du marché des probiotiques. Page 46. Université de Bordeaux. THÈSE POUR L’OBTENTION DU DIPLÔME D’ETAT DE DOCTEUR EN PHARMACIE. à l’adresse: https://dumas.ccsd.cnrs.fr/dumas-03161018/document 5 produit et de viabilité des bactéries, la lyophilisation, notamment utilisée pour la stabilisation de principes actifs pharmaceutiques, tels que les vaccins et les sérums. Le principe de Lyophilisation, selon Larousse,5 est un processus qui permet l’élimination de l’eau contenue dans la solution par congélation rapide et sublimation de la glace formée pour arriver à la dessiccation secondaire. Il transforme la solution de départ à un produit sec constitué de poudre microporeuse et nommé lyophilisat. Il est alors composé de trois étapes principales6: - La congélation qui permet la transformation des molécules d’eau non liées avec les molécules du soluté, en cristaux de glaces ; - La dessiccation (sublimation) primaire qui permet la sublimation des cristaux de glace formées ; - La dessiccation secondaire qui permet l’élimination de l’eau liée avec les molécules du soluté et non congelée à la surface des pores de la matière sèche. Ce processus se déroule dans un lyophilisateur qui contient une chambre de sublimation avec des étagères chauffantes et un condensateur7: 5Larousse, Ã. (s. d.). Définitions : lyophilisation - Dictionnaire de français Larousse. Consulté le 13 juin 2021, à l’adresse https://www.larousse.fr/dictionnaires/francais/lyophilisation/48241 6 La Lyophilisation – Biopharma Technologies France. (s. d.). Consulté le 21 mai 2021, à l’adresse https://www.biopharmatech.fr/actualites/la-lyophilisation/ 7 Lyophilisateur - Cryotec - Fabricant de matériel scientifique. (s. d.). Consulté le 27 juillet 2021, à l’adresse http://www.cryotec.fr/nos-produits/lyophilisateur/ 6 Figure 1:8 La composition d’un lyophilisateur Lors de ce procédé, plusieurs paramètres jouent un rôle crucial tel que la température d’étagère qui permet de chauffer la solution à une certaine température à l’aide d’un fluide caloporteur qui est un liquide chauffé qui circule entre les étagères pour permettre la sublimation de la solution, la pression qu’on applique dans la chambre, le bouchage des solutions… pour permettre une conservation à long terme du produit vu qu’on élimine la dégradation par hydrolyse. Question de recherche: En revanche, en raison des conditions opératoires sévères et de ces différentes étapes complexes, ce procédé de séchage est difficile à mettre en œuvre dans les industries à cause de sa forte consommation en énergie et en temps (de 36 heures à 50 heures pour un cycle)9 et donc présente les coûts opératoires les plus élevés par comparaison avec les autres méthodes de séchage. 8 Eni Bogdani. 26 juin 2013. Étude expérimentale et optimisation du procédé de lyophilisation de l’ibuprofène en milieu organique. Université Claude Bernard Lyon 1. ECOLE DOCTORALE DE CHIMIE. à l’adresse: https://tel.archives-ouvertes.fr/tel- 00838568/document 9 XXX. Pharmacien et gérant du principe de lyophilisation. Laboratoire de Médis. Communication personnelle. 18 mai 2021. YYY. Pharmacienne. Laboratoire de Médis. Communication personnelle. 18 mai 2021. 7 C’est pour toutes ces raisons qu’il est nécessaire de définir des stratégies de production efficaces afin de maximiser l’activité et la viabilité de ces microorganismes. Ainsi, il est important d’établir une méthodologie d’optimisation de lyophilisation en étudiant le procédé, et en comparant avec une souche modèle. Lors de notre étude, nous allons chercher à comparer deux principales études sur l’optimisation de l’étape de sublimation, qui est l’étape la plus longue du cycle, en étudiant l’influence des paramètres de la température d’étagère et de la pression de la chambre liés à ce procédé, garantissant donc une stabilisation optimale et une bonne conservation des probiotiques. Ainsi, la question de recherche posée est: Quelles sont les conditions de pression totale de la chambre de sublimation et de température d’étagère qui permettent d’optimiser l’étape de dessiccation primaire et secondaire du processus de lyophilisation au niveau de la viabilité des bactéries et de la réduction du coût et du temps de production? Le but de la recherche est de procéder avec des analyses de données de recherches afin de déterminer les conditions optimales pour minimiser les pertes en temps et en énergie et pour préserver l’activité bactérienne. Hypothèse: On pourrait penser, avec une certaine logique, qu’une température élevée et une augmentation de pression augmentent considérablement la vitesse de sublimation. Mais en réalité, une variation excessive de ces paramètres, malgré leur importance sur la réduction des coûts de production, peuvent nuire à la qualité du lyophilisat. Ainsi, il faudra trouver un compromis entre la vitesse de sublimation et l’obtention de bonnes propriétés d’usage du lyophilisat final et de sa qualité. Par exemple, une température d’étagère trop élevée peut entraîner une augmentation de température du produit, passant au-dessus de Tc10, ce qui provoquerait la fusion des cristaux de glace et l’effondrement du produit. Ce phénomène appelé Collapse influence la structure du lyophilisat final. De même, une pression totale dans la chambre de lyophilisation trop importante peut mener à une augmentation brusque de la température de sublimation du produit entraînant le collapse. À l'inverse, une pression très faible va diminuer le transfert de chaleur entre le flacon et l’étagère, et donc va diminuer la 10 On expliquera la température critique notée Tc par la suite. 8 cinétique de sublimation, entraînant le ralentissement de uploads/Industriel/ memoire 10 .pdf