Lait 75 (1995) 259-269
DOI: 10.1051/lait:1995318

Separation of casein hydrolysates using polysulfone ultrafiltration membranes with pH and EDTA treatments applied

L. Gourley, S.F. Gauthier and Y. Pouliot

Centre de recherche STELA, Département de sciences et technologie des aliments, Université Laval, Ste-Foy, Québec, Canada G1K 7P4

(Received 29 July 1994; accepted 20 February 1995)

Abstract - The preparation of peptide fractions from casein hydrolysates can be achieved by the use of ultrafiltration for the removal of the enzyme from the reaction mixture and / or to obtain spécifie fractions of peptides. However, the ultrafiltration of casein hydrolysates is subjected to severe fouling phenomena which affect both the flux decline and the rejection properties of the membrane. Polysulfone membrane material used in previous work showed specific rejection properties towards charged or hydroxylated amino acids. Polysulfone and polyethersulfone flat sheet membranes were selected for their distinctive surface properties. The ultrafiltration of a tryptic hydrolysate from sodium caseinate was studied and physico-chemical variables were introduced, namely, pH of the hydrolysate (pH 6, 8, 10) and addition of a calcium sequestrant (EDTA 20 mmol L^-1). Flux decline measurements, total nitrogen rejection, molecular mass distribution profile, and amino acid composition of the permeates were determined. Although the polyethersulfone membranes showed greater permeability to water (+ 15%) at 25°C than polysulfone, no distinctive effect of membrane material was observed in the permeation flux (L h^-1 m^-2) during ultrafiltration of the hydrolysates. The rejection coefficients were similar for both materials. It was observed that the pH and the excess of EDTA had a much stronger effect than the material on the rejection properties (nitrogen, peptides, amino acids) and the flux decline. The two materials seemed to exhibit different surface reactivity towards charged molecules.

Résumé - Séparation d'hydrolysats caséiques sur des membranes d'ultrafiltration en polysulfone avec variation de pH et addition de EDTA
La préparation de fractions peptidiques issues d'un hydrolysat caséique peut être réalisée par ultrafiltration afin de séparer l'enzyme du mélange réactionnel et / ou pour l'obtention de fractions peptidiques spécifiques. Toutefois, l'ultrafiltration d'hydrolysats caséiques conduit à des phénomènes d'encrassement sévères affectant à la fois la chute du flux de perméation et les propriétés de rejet de la membrane. Les membranes de polysulfone utilisées lors de travaux antérieurs présentaient des propriétés de rejet spécifiques face aux acides aminés chargés ou hydroxylés. Pour cette étude, des membranes planes de polysulfone et de polyéthersulfone ont été sélectionnées pour leurs propriétés de surface distinctes. L'ultrafiltration d'un hydrolysat trypsique de caséinate de sodium a été étudiée et des variables physico-chimiques ont été introduites, soient le pH de l'hydrolysat (pH 6, 8, 10) et l'ajout d'un agent séquestrant pour le calcium (20 mmol L^-1 EDTA). L'évolution du flux de perméation, le coefficient de rejet de l'azote total, le profil de masse moléculaire et la composition en acides aminés dans les perméats ont été déterminés. Bien que les membranes de polyéthersulfone possédaient une perméabilité à l'eau à 25°C supérieure au polysulfone (+15%), des flux de perméation (L h^-1 m^-2) similaires ont été observés lors de l'ultrafiltration des hydrolysats. Les coefficients de rejet étaient similaires pour les deux matériaux. Il a été observé que le pH et l'excès de EDTA exerçaient un effet supérieur à celui du matériau sur les propriétés de rejet (azote, peptides, acides aminés) et sur la chute du flux de perméation. Les deux matériaux montrent un comportement différent face aux molécules chargées.

Key words: casein hydrolysate / ultrafiltration / polysulfone membrane / fouling / adsorption / flux decline

Mots clés : hydrolysat caséique / ultrafiltration / membrane polysulfone / encrassement / adsorption / chute du flux de perméation