FR2671351A1 - PROCESS FOR SEPARATING WHEY PROTEINS AND PRODUCTS OBTAINED - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE DE SEPARATION DE PROTEINES DE LACTOSERUM
ET PRODUITS OBTENUS
L'invention a pour objet un procédé de séparation de protéines de lactosérum et les produits obtenus.PROCESS FOR SEPARATING WHEY PROTEINS
AND PRODUCTS OBTAINED
The subject of the invention is a process for separating whey proteins and the products obtained.
On sait que le lactosérum représente la phase soluble du lait après élimination de la fraction caséine. I1 n'existe pas un seul lactosérum, mais plusieurs, de compositions différentes suivant la technologie mise en oeuvre pour récupérer les caséines. Parmi ces technologies, on citera les fabrications fromagères, les procédés de fabrication des caséines (acides ou présures), ou encore l'utilisation de membranes de microfiltration. It is known that whey represents the soluble phase of milk after elimination of the casein fraction. There is no single whey, but several, of different compositions according to the technology used to recover the caseins. These technologies include cheese manufacturing, casein manufacturing processes (acid or rennet), or the use of microfiltration membranes.
Longtemps considéré comme sous-produit de l'industrie laitière, cette matière première est actuellement bien valorisée et a été le support de nombreux programmes de recherches. Long considered a by-product of the dairy industry, this raw material is currently highly valued and has been the backbone of many research programs.
Les protéines du lactosérum présentent l'avantage d'être remarquablement équilibrées en acides aminés. Parmi ces protéines, on distingue principalement, en concentration décroissante, la ss-lactoglobuline, l'a-lactalbumine, la sérum albumine bovine, les immunoglobulines, les protéases peptones, et la lactoferrine. La fraction protéique représente 5 à 10 % de l'extrait sec total. On mesure donc l'intérêt de la séparer des autres composants moins valorisables tels que le lactose, les lipides résiduels, les sels minéraux et d'isoler chacun des constituants protéiques, compte tenu de leur valeur propre. Whey proteins have the advantage of being remarkably balanced in amino acids. Among these proteins, ss-lactoglobulin, α-lactalbumin, bovine serum albumin, immunoglobulins, peptone proteases, and lactoferrin are mainly distinguished in decreasing concentration. The protein fraction represents 5 to 10% of the total dry extract. It is therefore useful to separate it from other less valuable components such as lactose, residual lipids, mineral salts and to isolate each of the protein constituents, taking into account their specific value.
Plusieurs techniques permettent de réaliser une concentration sélective des protéines du lactosérum comme par exemple l'ultrafiltration, la filtration sur gel, l'adsorption sur des échangeurs d'ions, la précipitation avec divers agents, notamment des polyélectrolytes, c'est-à-dire des produits comportant plusieurs charges. Several techniques make it possible to achieve a selective concentration of whey proteins, for example ultrafiltration, gel filtration, adsorption on ion exchangers, precipitation with various agents, especially polyelectrolytes, that is to say say products with multiple charges.
Cette dernière technique repose sur la formation d'agrégats macromoléculaires insolubles par l'intermédiaire de liaisons électrostatiques entre les protéines du milieu et les agents utilisés. The latter technique relies on the formation of insoluble macromolecular aggregates via electrostatic bonds between the medium proteins and the agents used.
Les principaux agents précipitants mis en oeuvre sont la carboxyméthylcellulose, l'acide polyacrylique, le chlorure ferrique, le polyéthylène-glycol, le chitosane, la bentonite, le lignosulfate, le laurysulfate de sodium. The main precipitating agents used are carboxymethylcellulose, polyacrylic acid, ferric chloride, polyethylene glycol, chitosan, bentonite, lignosulfate, sodium laurysulfate.
Dans Journal of Science, vol. 52, n" 5, page 1237, 1240, 1987, Mashikh et Nakai décrivent un procédé permettant de diminuer la teneur en ss-lactoglobuline de lactosérum de fromage par précipitation à l'aide d'hexamétaphosphate. Par ce procédé, 80 % de p-lactoglobuline sont éliminés par précipitation, le surnageant renfermant en mélange les protéines restantes. In Journal of Science, vol. 52, No. 5, page 1237, 1240, 1987, Mashikh and Nakai disclose a method for decreasing the whey lactosulin content of cheese whey by precipitation with hexametaphosphate. Lactoglobulin are removed by precipitation, the supernatant containing in mixture the remaining proteins.
D'autres auteurs ont effectué des séparations de (3- lactoglobuline avec FeCl3 (voir Kuwata et al., Journal of food science, vol. 50, page 605-609, 1985 et Kaneko et al. Other authors have made separations of β-lactoglobulin with FeCl 3 (see Kuwata et al., Journal of Food Science, Vol 50, p 605-609, 1985 and Kaneko et al.
dans la même référence page 1531 à 1536).in the same reference page 1531 to 1536).
Ces différents travaux montrent qu'il est possible de précipiter à partir de lactosérum brut une fraction importante de ss-lactoglobuline avec certains additifs alors que les autres constituants protéiques du lactosérum restent en solution. Néanmoins, ces procédés ne permettent pas de séparer toutes les protéines du lactosérum et ne restent qu'un moyen de préparer un lactosérum appauvri en p- lactoglobuline. These various studies show that it is possible to precipitate from a crude whey a significant fraction of ss-lactoglobulin with certain additives while the other protein constituents of whey remain in solution. Nevertheless, these methods do not make it possible to separate all the whey proteins and remain only a means of preparing a whey depleted of β-lactoglobulin.
De plus, la fraction précipitée n'est généralement pas pure et renferme une partie des lipides résiduels du lactosérum qui précipitent également par ces procédés. In addition, the precipitated fraction is generally not pure and contains some of the residual whey lipids which also precipitate by these methods.
Les inventeurs ont constaté qu'il est possible de remédier à ces inconvénients et d'obtenir des protéines de pureté élevée en traitant le lactosérum de manière à lui conférer des caractéristiques déterminées et en contrôlant spécifiquement les conditions de précipitation pour chaque protéine à séparer. The inventors have found that it is possible to overcome these drawbacks and obtain proteins of high purity by treating the whey so as to confer on it certain characteristics and by specifically controlling the precipitation conditions for each protein to be separated.
L'invention a donc pour but de fournir un procédé permettant de récupérer à partir de lactosérum, des protéines de grande valeur biologique, sous une forme de pureté élevée. The invention therefore aims to provide a method for recovering from whey, proteins of high biological value, in a form of high purity.
Elle vise également à fournir ces produits purifiés à l'échelle industrielle. It also aims to provide these purified products on an industrial scale.
Le procédé conforme à l'invention de séparation de protéines de lactosérum est caractérisé en ce qu'on utilise comme matière première un lactosérum concentré en protéines, et le cas échéant délipidé, et qu'on isole par précipitation la ss-lactoglobuline puis, si on le souhaite, les autres protéines d'intérêt, par addition séquentielle d'agents précipitants en milieu acide au lactosérum concentré, puis aux phases solubles successivement formées comme co-produits des précipités de protéines. The process according to the invention for the separation of whey proteins is characterized in that a whey concentrated in protein, and optionally delipidated, is used as raw material, and the β-lactoglobulin is isolated by precipitation and, if The other proteins of interest are desired by the sequential addition of precipitating agents in acidic medium to the concentrated whey, and then to the soluble phases successively formed as co-products of the protein precipitates.
Par le terme lactosérum, on entend aussi bien un lactosérum doux provenant de fromagerie ou de caséinerie présure qu'un lactosérum acide provenant également de fromagerie ou de caséinerie acide. Il peut s'agir aussi de la phase soluble de lait (microfiltrat) obtenue par microfiltration de lait entier ou écrémé à l'aide d'une membrane. Le lactosérum est obtenu à partir de lait, de colostrum, ou bien est reconstitué à partir de poudre. By the term whey, we mean both a sweet whey from cheese or rennet caseinery that an acid whey also from cheese or acid caseinery. It can also be the soluble phase of milk (microfiltrate) obtained by microfiltration of whole milk or skimmed with a membrane. Whey is obtained from milk, colostrum, or is reconstituted from powder.
L'utilisation de lactosérum concentré permet de disposer d'une matière première dont le rapport protéines/extrait sec est plus élevé que dans le lactosérum, avec un rapport matières minérales/protéines favorisant les séparations envisagées. The use of concentrated whey makes it possible to have a raw material whose protein / solids ratio is higher than in whey, with a mineral / protein ratio favoring the separations envisaged.
A cet effet, on soumet avantageusement le lactosérum à un traitement permettant de disposer d'une phase soluble débarrassée dVau moins la plupart, sinon la totalité, des constituants non protéiques. For this purpose, the whey is advantageously subjected to a treatment making it possible to have a soluble phase freed from at least most, if not all, of the nonprotein constituents.
Selon une variante, on a recours à au moins une opération d'ultrafiltration en utilisant des membranes qui retiennent spécifiquement les protéines présentes et laissent passer le lactose, les sels minéraux et les molécules azotées de petite taille (fraction azotée non protéique). According to one variant, at least one ultrafiltration operation is used using membranes that specifically retain the proteins present and allow the passage of lactose, inorganic salts and small nitrogen molecules (non-protein nitrogen fraction).
On opère de préférence à une température supérieure à l'ambiante, notamment de 30 à 60"C environ. It is preferably carried out at a temperature above ambient, in particular from 30 to 60 ° C.
Selon une autre variante, le concentré est obtenu par ajout dans un lactosérum brut de protéines de lactosérum concentrées, se présentant plus spécialement sous forme de poudre. According to another variant, the concentrate is obtained by adding, in a crude whey, concentrated whey proteins, especially in the form of a powder.
Lorsqu'on souhaite augmenter le rapport protéines/extrait sec, on soumet le rétentat d'ultrafiltration à une diafiltration ou analogue. When it is desired to increase the protein / solids ratio, the ultrafiltration retentate is subjected to diafiltration or the like.
Le rétentat ainsi obtenu présente une concentration d'environ 12 à 90 g, plus spécialement d'environ 20 à 40 g/kg de protéines/kg et un rapport matières azotées/extrait sec de l'ordre de 20 à 70 %, plus spécialement de l'ordre de 30 à 40 %. The retentate thus obtained has a concentration of about 12 to 90 g, more particularly about 20 to 40 g / kg of protein / kg and a ratio nitrogenous materials / dry extract of the order of 20 to 70%, more especially about 30 to 40%.
L'élimination de la fraction lipidique du lactosérum est rendue possible par agrégation thermocalcique ou non des lipides par l'intermédiaire d'ions calcium et élimination des agrégats obtenus par microfiltration ou séparation centrifuge selon les procédés décrits par FAUQUANT et al. dans Le lait 65(1)1-20, 1985 et Maubois et ai. dans
Bulletin of the IDF 212, chapitre 24, 154-159, 1987.The elimination of the lipid fraction of the whey is made possible by thermocalcic or non-aggregation of the lipids by means of calcium ions and removal of the aggregates obtained by microfiltration or centrifugal separation according to the methods described by Fauquant et al. in Milk 65 (1) 1-20, 1985 and Maubois et al. in
Bulletin of the IDF 212, chapter 24, 154-159, 1987.
En variante, cette étape est réalisée sur un rétentat obtenu par ultrafiltration de lactosérum comme décrit ci-dessus, avec ou sans ajout de calcium. Alternatively, this step is performed on a retentate obtained by ultrafiltration of whey as described above, with or without the addition of calcium.
La délipidation permet avantageusement d'accroître la pureté des protéines purifiées, ce qui leur confère de meilleures propriétés fonctionnelles. Delipidation advantageously makes it possible to increase the purity of the purified proteins, which gives them better functional properties.
De plus, les lactosérums contiennent souvent des "fines" de caséine qui sont avantageusement éliminées lors de l'étape de délipidation par les techniques physiques employées. In addition, whey often contains "fines" of casein which are advantageously removed during the delipidation step by the physical techniques employed.
Pour isoler de manière sélective les constituants protéiques présents dans le lactosérum concentré, on ajoute séquentiellement aux phases solubles successivement formées, des agents précipitants en milieu acide. Il s'agit avantageusement de polyélectrolytes. In order to selectively isolate the protein constituents present in the concentrated whey, acidically precipitating agents are sequentially added to the successively formed soluble phases. It is advantageously polyelectrolytes.
Les polyélectrolytes utilisés sont plus spécialement choisis parmi les sels de phosphates ou des dérivés des acides phosphoriques. A titre d'exemple, on citera des polymétaphosphates comme les sels de Graham, l'hexamétaphosphate de sodium l'hexamétaphosphate de potassium, ou encore des pyrophosphates, des polyphosphates, des sels dérivés de l'acide phosphorique, ou des mélanges de deux ou plusieurs de ces composés. The polyelectrolytes used are more especially chosen from phosphate salts or phosphoric acid derivatives. By way of example, mention may be made of polymetaphosphates such as Graham salts, sodium hexametaphosphate or potassium hexametaphosphate, or else pyrophosphates, polyphosphates, salts derived from phosphoric acid, or mixtures of two or several of these compounds.
La concentration en polyélectrolytes dans la première étape de séparation dépend de la concentration de p lactoglobuline dans le lactosérum de départ. Elle est, par exemple, de 4 à 20 % en poids environ par rapport à la concentration de la protéine lors de l'utilisation de sels de phosphates, notamment de l'ordre de 5 à 16 % en poids. The concentration of polyelectrolytes in the first separation step depends on the concentration of lactoglobulin in the starting whey. It is, for example, from 4 to 20% by weight approximately relative to the concentration of the protein during the use of phosphate salts, in particular of the order of 5 to 16% by weight.
L'addition des sels est réalisée avec avantage à une température d'environ O à 35"C, de préférence voisine de l'ambiante. The addition of the salts is advantageously carried out at a temperature of about 0 to 35 ° C, preferably close to room temperature.
Après dissolution des sels dans le milieu, on procède à une acidification pour ajuster le pH à une valeur conduisant à la précipitation de la p-lactoglobuline. Le pH est avantageusement ajusté dans un intervalle de 4,9 à 4,00 selon les rétentats mis en oeuvre. After the salts have dissolved in the medium, acidification is carried out to adjust the pH to a value leading to the precipitation of β-lactoglobulin. The pH is advantageously adjusted in a range from 4.9 to 4.00 depending on the retentates used.
L'acidification est réalisée par addition d'un acide organique ou minéral, sous agitation. A titre d'exemple, on citera l'acide chlorhydrique, sulfurique, phosphorique pour les acides minéraux et l'acide lactique pour les acides organiques. Acidification is carried out by addition of an organic or inorganic acid, with stirring. By way of example, mention may be made of hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid for mineral acids and lactic acid for organic acids.
On observe alors la formation d'un trouble dans la solution et d'un précipité qui décante lorsque l'agitation est interrompue. On procède à la séparation du précipité selon tout moyen approprie. The formation of a haze in the solution is then observed and a precipitate settles when the stirring is interrupted. The precipitate is separated by any suitable means.
On citera par exemple, l'utilisation d'un décanteur, d'une centrifugeuse, d'un clarificateur, d'une installation de microfiltration ou d'ultrafiltration équipée de membranes présentant un seuil de coupure tel que la phase soluble et les constituants qui la composent passent au travers de la membrane et la phase précipitée est retenue, ces dispositifs fonctionnant en continu ou non. On peut également opérer par décantation dans un bac ou une cuve, sous l'effet de la pression atmosphérique. For example, the use of a decanter, a centrifuge, a clarifier, a microfiltration or ultrafiltration plant equipped with membranes having a cutoff threshold such as the soluble phase and the constituents which The compound passes through the membrane and the precipitated phase is retained, these devices operating continuously or not. It can also operate by settling in a tank or tank, under the effect of atmospheric pressure.
Selon la technique de séparation utilisée, la phase précipitée représente de 5 à 20 % en poids environ de la matière première utilisée, plus particulièrement de 8 à 12 % lors de l'utilisation d'un décanteur ou d'un clarificateur, techniques qui seront préférées. La phase précipitée ainsi obtenue présente un rapport pondéral protéines/extrait sec d'environ 85 à 95 %. According to the separation technique used, the precipitated phase represents from 5 to 20% by weight approximately of the raw material used, more particularly from 8 to 12% when using a clarifier or a clarifier, techniques which will be preferred. The precipitated phase thus obtained has a weight protein / solids ratio of about 85 to 95%.
La ss-lactoglobuline représente environ 85 à 90 % en poids des protéines de cette phase précipitée lorsque la matière première n'a pas été dêlipidée. The ss-lactoglobulin represents about 85 to 90% by weight of the proteins of this precipitated phase when the raw material has not been delipidated.
En utilisant un rétentat délipidé, la (3- lactoglobuline représente jusqu'a environ 90 à 95 % des protéines de la phase précipitée, ce qui montre la spécificité élevée du procédé de séparation de l'invention au regard de l'isolement de la p-lactoglobuline. Using a delipidated retentate, β-lactoglobulin accounts for up to about 90 to 95% of the proteins in the precipitated phase, which shows the high specificity of the separation method of the invention with respect to the isolation of the p lactoglobulin.
Le précipité obtenu peut être remis en solution par addition d'un alcali afin d'obtenir une valeur de pH de l'ordre de 5,5 à 8,0. Comme produit alcalin, on citera la soude, la potasse ou encore l'ammoniaque. The precipitate obtained can be redissolved by adding an alkali to obtain a pH value of the order of 5.5 to 8.0. As an alkaline product, mention will be made of soda, potash or ammonia.
Cette solution est séchée par exemple par atomisation ou lyophilisée. En variante, elle est concentrée avant séchage par ultrafiltration et le cas échéant diafiltration ou osmose inverse. This solution is dried, for example by spraying or freeze-dried. Alternatively, it is concentrated before drying by ultrafiltration and optionally diafiltration or reverse osmosis.
La solution de p-lactoglobuline peut aussi être diafiltrée pour augmenter le rapport protéines/extrait sec. The β-lactoglobulin solution can also be diafiltered to increase the protein / solids ratio.
Pour extraire, si on le souhaite, les sels utilisés pour provoquer la précitation, on soumet la solution alcaline de p-lactoglobuline à une chromatographie d'échange d'anions, réalisée selon les techniques classiques. Des résines échangeuses d'anions appropriées comprennent celles commercialisées sous les marques Dowex R 1 x 1, Dowex R 1 x 2, Dowex R 1 x 4, Amberlite R, IRA R 401, et de préférence
Duolite R A 102 D.To extract, if desired, the salts used to cause the precitation, the alkaline solution of β-lactoglobulin is subjected to anion exchange chromatography, carried out according to conventional techniques. Suitable anion exchange resins include those marketed under the trade names Dowex R 1 x 1, Dowex R 1 x 2, Dowex R 1 x 4, Amberlite R, IRA R 401, and preferably
Duolite RA 102 D.
Pour isoler d'autres protéines du lactosérum, on procède comme précédemment décrit pour la première séparation de protéines avec les phases solubles qui se séparent des précipités successivement formés lors de l'addition en milieu acide d'agents précipitants. In order to isolate other whey proteins, the procedure is as described above for the first separation of proteins with the soluble phases which separate from the precipitates successively formed during the addition in acidic medium of precipitating agents.
le co-produit ou phase soluble résultant de la première précipitation contient au moins la majeure partie des autres protéines du lactosérum concentré de départ. Il se présente sous la forme d'un liquide translucide. the co-product or soluble phase resulting from the first precipitation contains at least the major part of the other proteins of the starting concentrated whey. It is in the form of a translucent liquid.
Pour récupérer l'a-lactalbumine à partir de cette phase soluble, on ajuste la concentration des agents précipitants qu'elle renferme et son pH. To recover α-lactalbumin from this soluble phase, the concentration of the precipitating agents it contains and its pH is adjusted.
La concentration en a-lactalbumine de cette solution dépend de la concentration initiale du rétentat utilisé et conditionne la quantité de polyélectrolytes supplémentaire nécessaire pour provoquer en milieu acide l'agrégation des protéines. The concentration of α-lactalbumin of this solution depends on the initial concentration of the retentate used and conditions the amount of additional polyelectrolytes necessary to cause acid aggregation protein aggregation.
Par exemple, cette quantité varie d'environ 2 à 35 % en poids de la concentration pondérale d'a-lactalbumine dans le cas où le polyélectrolyte utilisé est un sel de phosphate comme l'hexamétaphosphate de sodium. For example, this amount varies from about 2 to 35% by weight of the concentration-lactalbumin weight concentration in the case where the polyelectrolyte used is a phosphate salt such as sodium hexametaphosphate.
L'addition des sels est réalisée avantageusement à une température d'environ O à 35 C. The addition of the salts is advantageously carried out at a temperature of approximately 0 to 35 C.
Le pH est ajusté après addition des sels à une valeur avantageusement de l'ordre de 2,4 à 4,00. The pH is adjusted after addition of the salts to a value advantageously of the order of 2.4 to 4.00.
L'acidification est réalisée par addition d'un acide organique ou minéral sous agitation. The acidification is carried out by addition of an organic or mineral acid with stirring.
On constate l'apparition d'un trouble dans la solution et la précipitation d'une fraction qui décante lorsque l'agitation est interrompue. There is a cloudiness in the solution and the precipitation of a fraction that settles when the agitation is interrupted.
La séparation du précipité est réalisée en utilisant les mêmes procédés que ceux décrits précédemment pour la première séparation. The separation of the precipitate is carried out using the same methods as those described above for the first separation.
Après séparation, et selon la technique utilisée pour effectuer cette séparation, la phase précipitée représente de 2 à 20 % environ du poids de la phase soluble mise en oeuvre. After separation, and according to the technique used to effect this separation, the precipitated phase represents from 2 to 20% of the weight of the soluble phase used.
La phase précipitée ainsi obtenue présente un rapport pondéral protéines/extrait sec de l'ordre de 85 à 95
L'a-lactalbumine représente environ 75 à 85 % en poids des protéines de ce précipité. On mesure donc l'intérêt du procédé de l'invention qui permet d'obtenir cette protéine selon des quantités importantes.The precipitated phase thus obtained has a weight protein / solids ratio of about 85 to 95
Α-Lactalbumin represents about 75 to 85% by weight of the proteins of this precipitate. The interest of the process of the invention which makes it possible to obtain this protein in large quantities is thus measured.
Le procédé de l'invention peut être également mis en oeuvre pour obtenir du glycomacropeptide. The method of the invention can also be used to obtain glycomacropeptide.
Lorsque la matière première utilisée est un lactosérum issu d'une coagulation présure du lait (seule ou associée à une acidification), il existe en solution un peptide appelé glycomacropeptide (GMP) issu de l'hydrolyse de la caséine kappa par la chymosine. When the raw material used is a whey resulting from a rennet coagulation of milk (alone or associated with acidification), there exists in solution a peptide called glycomacropeptide (GMP) resulting from the hydrolysis of kappa casein by chymosin.
Or on ne connaît pas à ce jour de technique de purification de ce peptide qui possèderait une activité de stimulation du système immunitaire et constitue une matière première intéressante dans la préparation de formulations alimentaires en particulier pour des cas pathologiques souffrant de phénylcétonurie car il ne contient pas d'acides aminés aromatiques. However, it is not known to date purification technique of this peptide which has a stimulating activity of the immune system and is an interesting raw material in the preparation of food formulations especially for pathological cases suffering from phenylketonuria because it does not contain aromatic amino acids.
Lors de la première précipitation décrite précédemment, ce peptide reste dans la phase soluble non précipitée. During the first precipitation described above, this peptide remains in the non-precipitated soluble phase.
De même, lorsque l'on précipite l'a-lactalbumine dans les conditions décrites précédemment, le glycomacropeptide est encore soluble et représente la majorité des constituants azotés du second surnageant de précipitation. Similarly, when α-lactalbumin is precipitated under the conditions described above, the glycomacropeptide is still soluble and represents the majority of the nitrogen components of the second precipitation supernatant.
Le surnageant renfermant en solution le glycomacropeptide résulte en variante de la précipitation conjointe de la p-lactoglobuline et de l'a-lactalbumine en utilisant une quantité d'agent précipitant appropriée à cet effet et en ajustant le pH à une valeur de l'ordre de 2,5 à 4,00. The supernatant containing in solution the glycomacropeptide results alternatively from the combined precipitation of β-lactoglobulin and α-lactalbumin using a quantity of precipitating agent suitable for this purpose and adjusting the pH to a value of the order from 2.5 to 4.00.
Pour récupérer le glycomacropeptide du surnageant, on élimine de la phase soluble les constituants de poids moléculaire d'environ 3 000 à 10 000 daltons. A cet effet, on a recours plus spécialement à au moins une opération d'ultrafiltration et, le cas échéant, de diafiltration. To recover the glycomacropeptide from the supernatant, constituents with a molecular weight of about 3,000 to 10,000 daltons are removed from the soluble phase. For this purpose, use is made more particularly of at least one ultrafiltration operation and, where appropriate, diafiltration.
L'ultrafiltration est réalisée à l'aide de membranes présentant un seuil de coupure d'environ 3 000 à 10 000 daltons. Les membranes utilisées peuvent être des membranes organiques, dites de deuxième génération, ou des membranes minérales, dites de troisième génération.Ultrafiltration is carried out using membranes having a cutoff threshold of about 3,000 to 10,000 daltons. The membranes used may be organic membranes, said second generation, or mineral membranes, said third generation.
Il est également possible d'éliminer les sels de phosphates présents en réalisant un échange ionique sur un échangeur anionique avant ou après l'ultrafiltration. Le concentré ainsi obtenu présente un rapport pondéral matière azotée/extrait sec qui varie de 75 à 90 % environ et le glycomacropeptide représente de 80 à 95 % en poids environ de cette matière azotée. It is also possible to eliminate the phosphate salts present by ion exchange on an anion exchanger before or after ultrafiltration. The concentrate thus obtained has a weight ratio nitrogenous material / dry extract which varies from 75 to about 90% and the glycomacropeptide represents from 80 to 95% by weight of this nitrogenous material.
D'autres protéines présentes dans les phases solubles co-produits des précipitations peuvent être isolées, si on le souhaite, en opérant comme indiqué ci-dessus avec ajustement de la concentration en agent précipitant et du pH. Other proteins present in the soluble co-product phases of the precipitation can be isolated, if desired, by operating as indicated above with adjustment of the precipitating agent concentration and pH.
L'invention fournit donc les moyens d'obtenir à l'échelle industrielle des protéines de grande valeur biologique et de pureté élevée ce qui revêt un intérêt majeur pour les applications biologiques de ces produits. The invention thus provides the means to obtain on an industrial scale proteins of high biological value and high purity which is of major interest for the biological applications of these products.
Ces protéines purifiées de lactosérum, telles qu'obtenues par le procédé défini ci-dessus, en particulier les protéines ne renfermant pas de contaminants lipidiques, entrent dans le cadre de l'invention. These purified whey proteins, as obtained by the process defined above, in particular proteins which do not contain lipid contaminants, are within the scope of the invention.
L'invention concerne plus spécialement l'alactalbumine et le glycomacropeptide de pureté élevée ainsi obtenus. The invention relates more particularly to alactalbumin and the glycomacropeptide of high purity thus obtained.
Celle-ci vise également les phases solubles, coproduits des précipités formés lors de la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Ces phases solubles sont formées de lactosérum concentré débarrassé d'au moins la majeure partie des constituants non protéiques dont on a éliminé à chaque étape de séparation, une protéine donnée. Il s'agit en particulier de la phase soluble telle qu'obtenue à partir de la première séparation, renfermant essentiellement comme constituant protéique de l'a-lactalbumine et selon la nature du lactosérum de départ du glycomacropeptide. This also relates to the soluble phases, coproduced precipitates formed during the implementation of the method of the invention. These soluble phases are formed of concentrated whey freed of at least the majority of the non-protein constituents from which a given protein has been removed at each separation step. This is in particular the soluble phase as obtained from the first separation, containing essentially as a protein component of α-lactalbumin and according to the nature of the starting whey of the glycomacropeptide.
Afin d'illustrer l'invention, on rapporte dans la description qui suit des exemples de séparation de protéines de lactosérum. In order to illustrate the invention, the following description gives examples of whey protein separation.
Exemple 1
500 litres de lactosérum doux provenant d'un atelier de fabrication de caséines présures sont concentrés 2,5 fois au moyen d'un module équipé de membranes organiques.Example 1
500 liters of sweet whey from a rennet casein manufacturing workshop are concentrated 2.5 times using a module equipped with organic membranes.
Le rétentat ainsi obtenu appelé rétentat UF 1 est ensuite délipidé par microfiltration sur des membranes minérales présentant un seuil de coupure de 0,14 pm. The retentate thus obtained called retentate UF 1 is then delipidated by microfiltration on mineral membranes having a cutoff threshold of 0.14 .mu.m.
Le microfiltrat délipidé est concentré 2 fois par ultrafiltration en utilisant le même matériel que celui ayant servi à la concentration initiale du lactosérum. The delipidated microfiltrate is concentrated twice by ultrafiltration using the same material as that used for the initial whey concentration.
Le concentré obtenu par cette seconde ultrafiltration (appelé rétentat UF 2) constitue la matière première pour la séparation des protéines. The concentrate obtained by this second ultrafiltration (called retentate UF 2) is the raw material for the separation of proteins.
Le tableau 1 ci-dessous résume l'évolution des concentrations azotées et des extraits secs des différents produits. Table 1 below summarizes the evolution of nitrogen concentrations and dry extracts of the various products.
Tableau 1
Table 1
<tb> <SEP> Matières <SEP> Extrait <SEP> MAT/EST
<tb> <SEP> azotées <SEP> sec <SEP> (%)
<tb> <SEP> totales <SEP> (g/kg)
<tb> <SEP> (g/kg)
<tb> Lactosérum <SEP> 9,5 <SEP> 64 <SEP> 14,8
<tb> Rétentat <SEP> UF <SEP> 1 <SEP> 18,6 <SEP> 76 <SEP> 24,4
<tb> Microfiltrat <SEP> 12,5 <SEP> 65 <SEP> 19,2
<tb> Rêtentat <SEP> UF <SEP> 2 <SEP> 23,5 <SEP> 76 <SEP> 31
<tb>
1240 g de rétentat UF 2 sont refroidis à la température de 22"C. Comme agent polyélectrolyte, on utilise de l'hexamétaphosphate de sodium. La quantité de sels ajoutée au rétentat représente 11 % de la concentration en plactoglobuline. Après dissolution des sels, le pH est ajusté à 4,4 par addition d'acide chlorhydrique.Le précipité obtenu sous l'action conjuguée des sels de phosphate et de l'ajustement du pH est séparé par centrifugation à 4 000 g pendant 5 minutes. Le bilan en poids de la séparation est culot précipité 9 *, surnageant phase soluble 91 *. <tb><SEP> Materials <SEP> Extract <SEP> MAT / EST
<tb><SEP> nitrogen <SEP> sec <SEP> (%)
<tb><SEP> total <SEP> (g / kg)
<tb><SEP> (g / kg)
<tb> Whey <SEP> 9.5 <SEP> 64 <SEP> 14.8
<tb> Retentate <SEP> UF <SEP> 1 <SEP> 18.6 <SEP> 76 <SEP> 24.4
<tb> Microfiltrate <SEP> 12.5 <SEP> 65 <SEP> 19.2
<tb> Rétentat <SEP> UF <SEP> 2 <SEP> 23.5 <SEP> 76 <SEP> 31
<Tb>
1240 g of retentate UF 2 are cooled to a temperature of 22 ° C. Sodium hexametaphosphate is used as the polyelectrolyte agent, the amount of salts added to the retentate is 11% of the concentration of plactoglobulin. the pH is adjusted to 4.4 by adding hydrochloric acid. The precipitate obtained by the combined action of the phosphate salts and the pH adjustment is separated by centrifugation at 4000 g for 5 minutes. from the separation is precipitated pellet 9 *, soluble phase supernatant 91 *.
La répartition des concentrations en a-lactalbumine et en p-lactoglobuline est donnée dans le tableau 2 cidessous
Tableau 2
The distribution of the concentrations of α-lactalbumin and β-lactoglobulin is given in Table 2 below.
Table 2
<tb> <SEP> ss-lacto- <SEP> a-lactalbu- <SEP> a-lacta/a
<tb> <SEP> globuline <SEP> mine <SEP> +ss <SEP>
<tb> <SEP> (g/kg) <SEP> g/kg <SEP> (*) <SEP>
<tb> Rétentat <SEP> UF <SEP> 2 <SEP> 14,5 <SEP> 4,1 <SEP> 22
<tb> Phase <SEP> soluble <SEP> 1 <SEP> 0,4 <SEP> 3,7 <SEP> 90,2
<tb> Précipité <SEP> 1 <SEP> 158 <SEP> 9,1 <SEP> 5,4
<tb>
Le précipité est dilué par un volume d'eau et le pH est ajusté à 6,5 par addition de soude sous agitation. Le précipité se resolubilise à cette valeur de pH et présente l'aspect d'une solution orange translucide. Cette solution est congelée puis lyophilisée.<tb><SEP> ss-lacto- <SEP> α-lactalbu- <SEP> α-lacta / a
<tb><SEP> globulin <SEP> mine <SEP> + ss <SEP>
<tb><SEP> (g / kg) <SEP> g / kg <SEP> (*) <SEP>
<tb> Retentate <SEP> UF <SEP> 2 <SEP> 14.5 <SEP> 4.1 <SEP> 22
<tb> Phase <SEP> soluble <SEP> 1 <SEP> 0.4 <SEP> 3.7 <SEP> 90.2
<tb> Precipitated <SEP> 1 <SEP> 158 <SEP> 9.1 <SEQ> 5.4
<Tb>
The precipitate is diluted with a volume of water and the pH is adjusted to 6.5 by adding sodium hydroxide while stirring. The precipitate resolubilizes at this pH value and has the appearance of a translucent orange solution. This solution is frozen and freeze-dried.
1000 g de phase soluble obtenue après séparation du précipité de ss-lactoglobuline sont placés sous agitation dans un récipient à la température de 20"C. 1000 g of soluble phase obtained after separation of the β-lactoglobulin precipitate are stirred in a vessel at a temperature of 20 ° C.
On ajoute 27 t de polyélectrolytes par rapport au poids d'a-lactalbumine présente dans la solution. Le polyélectrolyte choisi est un sel de polyphosphate. Le pH de la solution est ajusté, après dissolution des sels, à 3.5 par addition d'acide chlorhydrique. On constate une précipitation de l'a-lactalbumine. Le précipité est séparé de la phase soluble par centrifugation à 4 000 g pendant 5 minutes. Le bilan en poids montre que la fraction précipitée représente 8 % et la phase surnageante 92 %. L'évolution de la répartition protéique est indiquée dans le tableau 3. 27 t of polyelectrolytes are added relative to the weight of α-lactalbumin present in the solution. The polyelectrolyte chosen is a polyphosphate salt. The pH of the solution is adjusted, after dissolution of the salts, to 3.5 by addition of hydrochloric acid. A precipitation of α-lactalbumin is observed. The precipitate is separated from the soluble phase by centrifugation at 4000 g for 5 minutes. The weight balance shows that the precipitated fraction represents 8% and the supernatant phase 92%. The evolution of the protein distribution is shown in Table 3.
Tableau 3
Table 3
<tb> <SEP> a-lactal- <SEP> ss-lactoglo- <SEP> glycomacro
<tb> <SEP> bumine <SEP> buline <SEP> peptide
<tb> <SEP> (g/kg) <SEP> (g/kg) <SEP> (g/kg)
<tb> Phase <SEP> soluble <SEP> 1 <SEP> 3,7 <SEP> 0,4 <SEP> 3,9
<tb> Phase <SEP> soluble <SEP> 2 <SEP> 0,3 <SEP> 0,1 <SEP> 3,65
<tb> Précipité <SEP> 2 <SEP> 42,8 <SEP> 3,85 <SEP> 6,75
<tb>
Le précipité 2 est dilué par un volume équivalent d'eau et le pH est ajusté à 6,5 par addition de soude. La resolubilisation est totale et la solution ainsi obtenue est diafiltrée sur une installation d'ultrafiltration équipée de membranes organiques présentant un seuil de coupure de 10 000 daltons.<tb><SEP> a-lactal- <SEP> ss-lactoglo- <SEP> glycomacro
<tb><SEP> bovine <SEP> buline <SEP> peptide
<tb><SEP> (g / kg) <SEP> (g / kg) <SEP> (g / kg)
<tb> Phase <SEP> soluble <SEP> 1 <SEP> 3.7 <SEP> 0.4 <SEP> 3.9
<tb> Phase <SEP> soluble <SEP> 2 <SEP> 0.3 <SEP> 0.1 <SEP> 3.65
<tb> Precipitated <SEP> 2 <SEP> 42.8 <SEP> 3.85 <SEP> 6.75
<Tb>
The precipitate 2 is diluted with an equivalent volume of water and the pH is adjusted to 6.5 by adding sodium hydroxide. The resolubilization is total and the solution thus obtained is diafiltrée on an ultrafiltration installation equipped with organic membranes having a cutoff threshold of 10,000 daltons.
La diafiltration met en oeuvre 4 volumes d'eau par volume de solution protéique. La solution diafiltrée est ensuite congelée et lyophilisée. Diafiltration uses 4 volumes of water per volume of protein solution. The diafiltered solution is then frozen and lyophilized.
La phase soluble 2 est concentrée par ultrafiltration sur une installation équipée de membranes organiques présentant un seuil de coupure de 3 000 daltons. The soluble phase 2 is concentrated by ultrafiltration on an installation equipped with organic membranes having a cutoff threshold of 3,000 daltons.
Le facteur de concentration est de 5. The concentration factor is 5.
Le rétentat ainsi obtenu est diafiltré par 6 volumes d'eau. The retentate thus obtained is diafiltrated with 6 volumes of water.
La solution diafiltrée est congelée puis lyophilisée. The diafiltered solution is frozen and freeze-dried.
Exemple 2
100 litres de lait écrémé sont microfiltrés sur une installation équipée de membranes de micro filtration présentant un seuil de coupure de 0,14 pm. La température est de 50"C et le pH de 6,6. Le facteur de concentration volumique est de 2. Les 50 litres de microfiltrat récupérés sont ensuite concentrés sur une installation d'ultrafiltration équipée de membranes organiques. Le facteur de concentration appliqué est alors de 5. Le rétentat est ensuite diafiltré avec 1/2 volume d'eau.Example 2
100 liters of skimmed milk are microfiltered on an installation equipped with microfiltration membranes with a cutoff threshold of 0.14 μm. The temperature is 50 ° C and the pH is 6.6 The volume concentration factor is 2. The 50 liters of recovered microfiltrate are then concentrated on an ultrafiltration plant equipped with organic membranes. then 5. The retentate is then diafiltered with 1/2 volume of water.
L'évolution des concentrations azotées et des extraits secs des différents produits est donnée dans le tableau 4
Tableau 4
l
The evolution of nitrogen concentrations and dry extracts of the different products is given in Table 4
Table 4
l
<tb> <SEP> Matières <SEP> azotées <SEP> Matières <SEP> sèches
<tb> <SEP> totales
<tb> Lait <SEP> écrémé <SEP> 33,6 <SEP> 91
<tb> Microfiltrat <SEP> 6,8 <SEP> 62
<tb> Rétentat <SEP> UF <SEP> 22 <SEP> 84
<tb> Rétentat <SEP> diafiltré <SEP> 21,3 <SEP> 62,9
<tb>
5 litres de rétentat diafiltré sont refroidis à la température de 18"C. Le pH de la solution est de 7,1.<tb><SEP> Materials <SEP> Nitrogenous <SEP> Materials <SEP> dry
<tb><SEP> total
<tb> Milk <SEP> skim milk <SEP> 33.6 <SEP> 91
<tb> Microfiltrate <SEP> 6.8 <SEP> 62
<tb> Retentate <SEP> UF <SEP> 22 <SEP> 84
<tb> Retentate <SEP> diafiltered <SEP> 21.3 <SEP> 62.9
<Tb>
5 liters of diafiltered retentate are cooled to a temperature of 18 ° C. The pH of the solution is 7.1.
L'agent polyélectrolyte choisi pour la séparation est un mélange de sels de phosphates contenant 85 % d'hexamétaphosphate de sodium et 15 % de tripolyphosphate de sodium. The polyelectrolyte chosen for the separation is a mixture of phosphate salts containing 85% sodium hexametaphosphate and 15% sodium tripolyphosphate.
La quantité de sels ajoutée représente 9,5 % de la ss-lactoglobuline contenue dans la matière première de départ. The amount of salts added represents 9.5% of the ss-lactoglobulin contained in the starting raw material.
Après dissolution complète de ces sels, le pH est ajusté à 4,37 par addition d'acide chlorhydrique. Le précipité est séparé de la phase soluble par centrifugation à 2500 g pendant 4 minutes.After complete dissolution of these salts, the pH is adjusted to 4.37 by adding hydrochloric acid. The precipitate is separated from the soluble phase by centrifugation at 2500 g for 4 minutes.
Le poids de précipité représente 11 % du poids de rétentat mis en oeuvre, le surnageant 89 %. The weight of precipitate represents 11% of the weight of retentate used, the supernatant 89%.
La répartition des protéines dans ces différentes phases est donnée dans le tableau 5
Tableau 5
The distribution of proteins in these different phases is given in Table 5
Table 5
<tb> <SEP> p-lacto- <SEP> a-lactalbu- <SEP> p-lacto/
<tb> <SEP> globuline <SEP> mine <SEP> p+a <SEP>
<tb> <SEP> (g/kg) <SEP> (g/kg) <SEP> (%)
<tb> Rétentat <SEP> diafiltré <SEP> 15,5 <SEP> 4,5 <SEP> 77,5
<tb> Précipité <SEP> 1 <SEP> 137,8 <SEP> 8,1 <SEP> 94,4
<tb> Phase <SEP> soluble <SEP> 1 <SEP> 0,38 <SEP> 4,05 <SEP> 8,5
<tb>
Le précipité est dilué par 3 volumes d'eau et remis en solution par addition de soude.<tb><SEP> p-lacto- <SEP> a-lactalbu- <SEP> p-lacto /
<tb><SEP> globulin <SEP> mine <SEP> p + a <SEP>
<tb><SEP> (g / kg) <SEP> (g / kg) <SEP> (%)
<tb> Retentate <SEP> diafiltered <SEP> 15.5 <SEP> 4.5 <SEP> 77.5
<tb> Precipitated <SEP> 1 <SEP> 137.8 <SEP> 8.1 <SEP> 94.4
<tb> Phase <SEP> soluble <SEP> 1 <SEP> 0.38 <SEP> 4.05 <SEP> 8.5
<Tb>
The precipitate is diluted with 3 volumes of water and redissolved by adding sodium hydroxide.
La solution est alors à pH 7,0. The solution is then at pH 7.0.
Cette solution est concentrée 5 fois par ultrafiltration à l'aide de membranes organiques. This solution is concentrated 5 times by ultrafiltration using organic membranes.
4 litres de la phase soluble 1 sont additionnés de sels de phosphates (même mélange des deux sels que précédemment). La quantité d'agent polyélectrolyte représente 22 % de la quantité d'a-lactalbumine présente dans la phase soluble. Le pH est ajusté à 3,15 par addition d'acide chlorhydrique sous agitation. 4 liters of the soluble phase 1 are added with phosphate salts (same mixture of the two salts as previously). The amount of polyelectrolyte agent is 22% of the amount of α-lactalbumin present in the soluble phase. The pH is adjusted to 3.15 by addition of hydrochloric acid with stirring.
Le précipité d'a-lactalbumine ainsi obtenu est séparé par centrifugation à 5000 g pendant 10 minutes. The precipitate of α-lactalbumin thus obtained is separated by centrifugation at 5000 g for 10 minutes.
Dans ces conditions on obtient un bilan en poids par rapport à la phase soluble 1 mise en oeuvre de
précipité 2 : 6 %
- phase soluble 2 : 94 %
La composition protéique du précipité est de 65,9 g/kg d'a-lactalbumine et de 6,33 g/kg de ss-lactoglobuline soit un rapport a-lacta/a-lacta + p-lacto de 91,2 %.Under these conditions, a weight balance is obtained with respect to the soluble phase 1.
precipitated 2: 6%
soluble phase 2: 94%
The protein composition of the precipitate is 65.9 g / kg of α-lactalbumin and 6.33 g / kg of ss-lactoglobulin, ie a ratio of β-lacta / α-lacta + β-lacto of 91.2%.
Le précipité 2 est repris par 2 volumes d'eau et le pH est ajusté à 4,8 par addition de soude. Cette solution d'a-lactalbumine est chromatographiée sur un échangeur anionique sous forme OH
La solution récupérée après échange d'ions présente une valeur de pH de 8,5. Elle est concentrée par ultrafiltration sur un appareil équipé de membranes organiques présentant un seuil de coupure de 10 000 daltons.The precipitate 2 is taken up in 2 volumes of water and the pH is adjusted to 4.8 by adding sodium hydroxide. This α-lactalbumin solution is chromatographed on an anion exchanger in OH form.
The solution recovered after ion exchange has a pH value of 8.5. It is concentrated by ultrafiltration on a device equipped with organic membranes having a cut-off of 10,000 daltons.
Le facteur de concentration volumique est de 2. Le rétentat est ensuite diafiltré par un volume d'eau. La solution finale présente un rapport a-lactalbumine/matières azotées total de 90,5 %.The volume concentration factor is 2. The retentate is then diafiltered by a volume of water. The final solution has a total α-lactalbumin / nitrogen content ratio of 90.5%.
Les séparations rapportées ci-dessus sont avantageusement effectuées en utilisant un dispositif comportant
- une cuve avec des moyens d'agitation dans laquelle on introduit le lactosérum concentré, le cas échéant délipidé,
- un doseur pour l'addition de l'agent précipitant dans la cuve,
- un système de pompe doseuse pour l'ajout de l'acide dans la cuve (asservi à la mesure de pH),
- avantageusement un élément permettant le contrôle et la régulation du pH,
- un clarificateur, ou décanteur, ou tout autre élément permettant la séparation du précipité, relié à la cuve, dont on éliminera la phase soluble, et de préférence
- une cuve permettant la reprise du précipité par un alcali, avec un système d'agitation, équipé d'une pompe doseuse délivrant l'alcali (asservi à mesure de pH) et comportant avantageusement un élément de contrôle et de régulation de pH.The separations reported above are advantageously carried out using a device comprising
a tank with stirring means into which the concentrated whey, optionally delipidated, is introduced,
a metering device for the addition of the precipitating agent in the tank,
- a dosing pump system for adding acid to the tank (subject to pH measurement),
advantageously an element allowing control and regulation of the pH,
- a clarifier, or decanter, or any other element allowing the separation of the precipitate, connected to the tank, which will eliminate the soluble phase, and preferably
- A tank allowing the recovery of the precipitate with an alkali, with a stirring system, equipped with a metering pump delivering the alkali (enslaved to pH measurement) and advantageously comprising a pH control and control element.
Ce dispositif peut être doublé pour une seconde précipitation ou peut fonctionner en batch avec stockage de la phase surnageante séparée du précipité et reprise de cette phase dans la première cuve à la fin du premier cycle de précipitation. This device can be doubled for a second precipitation or can operate in batch with storage of the supernatant phase separated from the precipitate and recovery of this phase in the first tank at the end of the first precipitation cycle.
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WO2002046210A1 (en) * | 2000-12-06 | 2002-06-13 | Campina Melkunie B.V. | Method for preparing tryptophan rich peptides |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
PL295863A1 (en) | 1994-02-21 |
AU1178692A (en) | 1992-08-17 |
IE920012A1 (en) | 1992-07-15 |
WO1992011770A1 (en) | 1992-07-23 |
FR2671351B1 (en) | 1995-03-24 |
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