Lait 62 (1982) 484-510
DOI: 10.1051/lait:1982617-62030

Utilisation des techniques à membrane pour la séparation, la purification et la fragmentation des protéines laitières

J. L. MAUBOIS and G. BRULE

Laboratoire de Recherches de Technologie Laitière (I.N.R.A.), 65, rue de Saint-Brieuc, 35042 Rennes Cedex

Abstract - Evolution of ultrafiltration membrane areas installed in the world dairy industry during last ten years was exponentially increasing. Important progresses have been made in membrane conception and equipments. Through a better understanding of mechanisms ruling formation and evolution of fouling during ultrafiltration, pretreatments of whey were developed for increasing permeate fluxes. By limiting intramembrane fouling through action on the solubility of calcium salts or by removing insoluble components, permeate flux is multiplied by a factor of 3 or 4. Whey protein concentrates (W.P.C.) thanks to their high nutritional quality and their functional properties have found very large and diversified utilizations in the food industry for human nutrition.
Milk ultrafiltration for cheesemaking was now largely employed at industrial scale (120 000 t in 1981). Fresh and soft cheeses were made through this process but the main application of UF in the cheese industry was for the time being Feta cheese (92 000 t in 1981). Recent progresses in membrane technology such as commercialization of mineral membranes and new membrane support adapted to rheological evolution of highly viscous retentates have made industrially feasible making of semi hard cheeses, direct preparation of a cheese base and substitution of an ultrafilter to a curd separator in the making of fresh cheese or quarg. Actual fiability was sufficiently high that combination of UF with thermization at farm level was envisaged in the purpose to improve bacteriological milk quality and also to reduce transport costs but generalization of such an operation leads also to many consequences in dairy economy.
On the other hand, membrane biotechnologies are opening very large and diversified valorizations for milk components. Through enzymatic membrane reactors fragmentation of whey proteins and caseins leads to sophisticated products required for nutrition of patients suffering front intestine, pancreas or liver illnesses; pancreatic hydrolysates obtained by a process recently developed had a free amino acids content less than 10 % and most of the peptides had between 2 and 10 residues. Specific sequences of caseins, the phosphopeptides were isolated by a similar process using enzymic hydrolysis in a membrane reactor and aggregating properties by calcium salts. Solubility and chelating properties of trace elements of so prepared phosphopeptides were found particularly high

Résumé - L'implantation de la technique d'ultrafiltration sur membrane au cours de la dernière décennie se caractérise par l'accroissement exponentiel des surfaces installées (70 000 m² en 1981). Grâce aux progrès accomplis en matière de membranes (3 générations) et d'appareillages, grâce aussi à une meilleure compréhension des mécanismes gouvernant la formation et l'évolution de la membrane dynamique ce qui a permis de mettre au point différents prétraitements du lactosérum, une multiplication par 3 à 4 des débits de perméation a été réalisée. Les concentrés de protéines de lactosérum ont trouvé du fait de leur exceptionnelle qualité nutritionnelle et de leurs propriétés fonctionnelles des utilisations très larges et diversifiées en alimentation humaine.
L'ultrafiltration du lait en vue de sa transformation en fromage est maintenant largement utilisée à l'échelle industrielle (120 000 t en 1981) pour la production de fromages à pâte fraîche, de fromages à pâte molle et de fromage blanc saumuré (Feta). Les progrès récents en matière d'équipements ont rendu réalisables en site industriel l'obtention des préfromages destinés à la transformation en fromages à pâte demi-dure et la substitution de l'ultrafiltre au centrifugeur à caillé. Plus en amont de la filière lait, la fiabilité actuelle des équipements a permis d'envisager une ultrafiltration combinée avec une thermisation sur le lieu de production laitière, opération qui, si elle se généralisait au cours de la prochaine décennie, bouleverserait les données socio-économiques actuelles.
Sur un autre plan, les biotechnologies à membrane ouvrent des possibilités très diversifiées de valorisation des composants du lait. Grâce aux réacteurs enzymatiques, il est possible de fragmenter les protéines de lactosérum et les caséines et de préparer ainsi des produits correspondant aux besoins nutritionnels de différentes catégories de patients. Les hydrolysats pancréatiques de protéines de lactosérum obtenus par cette technologie se caractérisent par une teneur en acides aminés libres inférieure à 10 % et par une dominance de peptides compris entre le di et le décapeptide. De même, les séquences phosphopeptidiques des caséines isolées et purifiées par un procédé mettant en oeuvre à la fois l'hydrolyse enzymatique et leurs propriétés d'agrégation ont un excellent pouvoir chelatant des oligo-éléments minéraux

Key words: Membrane ultrafiltration / Equipments / Whey / Whey protein / Concentrates / Biotechnologies / Phosphopeptides

Mots clés : Ultrafiltration sur membrane / Lactosérum / Concentrés de protéines / Biotechnologies / Phosphopeptides