Continuous hydrolysis of caseinomacropeptide in a membrane reactor: kinetic study and gram-scale production of antithrombotic peptides

Abstract - A recycle ultrafiltration membrane reactor was used for continuous production of antithrombotic peptides from enzymatic digestion of caseinomacropeptide (CMP). The kinetic parameters of the continuous process were determined on hydrolysis of various substrate concentrations and compared to those of the batch reactor. On the basis of peptide liberation, enzymatic activity was 10-fold lower during the continuous process (according to kcat values) while the K_m value was not modified. Taking into account these data, an experiment for bioactive peptide production from continuous hydrolysis of 34 g of CMP was carried out. After 6 h of continuous operation, permeate was concentrated by nanofiltration (volume concentration ratio = 12.5), freeze-dried, and the productivity as well as peptide yield determined. Although desired peptides were partially rejected by the ultrafiltration membrane during the continuous process, 2.65 g of these small molecules (500 to 780 Da) were obtained in the final powder.

Résumé - Hydrolyse continue du caséinomacropeptide en réacteur enzymatique à membrane : étude cinétique et production de peptides antithrombotiques
Le réacteur enzymatique à membrane a été utilisé pour l'hydrolyse en régime continu du caséinomacropeptide (CMP) en vue de la production d'une famille de peptides de faible masse moléculaire, dotés d'activité antithrombotique. La transformation de diverses concentrations de substrat a permis de déterminer les paramètres cinétiques en régime continu et de les comparer à ceux obtenus en batch. Alors que la valeur de la constante de Michaelis-Menten (K_m) n'est pas modifiée, les valeurs des constantes catalytiques indiquent que l'activité de l'enzyme est 10 fois plus faible en réacteur à membrane. Utilisant une concentration en CMP proche du K_m,une expérience de production continue de peptides bioactifs à l'échelle du gramme a été réalisée. Après hydrolyse de 34 g de CMP, le perméat était concentré par nanofiltration (facteur de concentration volumique = 12,5) puis lyophilisé. La caractérisation du produit final obtenu indique que 2,65 g de peptides bioactifs étaient ainsi obtenus, soit un rendement de 53% par rapport à la quantité théorique attendue.