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Issue
Lait
Volume 83, Number 2, March-April 2003
Page(s) 111 - 129
DOI https://doi.org/10.1051/lait:2003002
Lait 83 (2003) 111-129
DOI: 10.1051/lait:2003002

Prepurification of $\alpha$-lactalbumin with ultrafiltration ceramic membranes from acid casein whey: study of operating conditions

Arabelle Mullera, Bernard Chauferb, Uzi Merinc and Georges Daufina

a  Laboratoire de Recherches de Technologie Laitière, INRA, 65, rue de Saint-Brieuc, 35042 Rennes Cedex, France
b  Laboratoire des Procédés de Séparation, Université Rennes I, CS 74205, 35042 Rennes Cedex, France
c  Dairy Science Laboratory, A.R.O., The Volcani Center, PO Box 6, Bet Dagan 50250, Israel

(Received 27 July 2001; accepted 2 September 2002)

Abstract
A promising way to produce purified $\alpha$-lactalbumin ( $\alpha$-LA) is to perform a two-step cascade. The first step of pre-purifying presented herein, consists of ultrafiltration (UF) fractionation of acid casein whey, aiming at increasing the purity of $\alpha$-LA in the filtrate by total retention of bovine serum albumin and immunoglobulins with only a limited transmission of $\beta$-lactoglobulin. The outcome of the present work is a guideline which includes the proper selection of ceramic UF membrane molecular mass cut-off (MMCO) (from 150 to 300 kg $\cdot$mol -1), operating conditions (physico-chemistry, hydrodynamics) and operation mode for achieving satisfactory performance. Irreversible membrane fouling, mainly due to $\beta$-lactoblobulin ( $\beta$-LG), the major protein of the feed solution, and physico-chemical characteristics of the whey protein sources (initial $\alpha$-LA purity and concentration; heat denaturation of proteins) were shown as selection parameters of prime importance with regard to the target of the prepurification step. Whey protein concentrate in liquid form (PS 90) was to be preferred versus the same grade in powder form and the less concentrated liquid (PS 75). By processing that liquid PS 90, $\alpha$-LA purity in the permeate was increased from around 0.25 in the initial feed to around 0.44 with a yield of around 0.53 with Céram membranes of MMCO of 300 kg $\cdot$mol -1. Stationary ultrafiltration flux was around 64 L $\cdot$h $^{-1}\cdot$m -2 at a volume reduction ratio of 9.

Résumé
Pré-purification de l' $\alpha$-lactalbumine par ultrafiltration de lactosérum acide sur membrane céramique : étude des conditions opératoires. La production d' $\alpha$-lactalbumine ( $\alpha$-LA) de pureté élevée peut se faire par une cascade de 2 opérations, dont la première, présentée ici, est une étape de pré-purification. Il s'agit d'un fractionnement par ultrafiltration d'un lactosérum de caséine acide afin d'obtenir une pureté en $\alpha$-LA améliorée dans le filtrat en retenant totalement la sérum-albumine bovine et les immunoglobulines. Le présent travail débouche sur un recueil de recommandations qui inclut le choix du seuil de coupure de la membrane, des conditions physico-chimiques et hydrodynamiques et du mode de conduite pour obtenir des performances satisfaisantes. Le colmatage irréversible de la membrane et les caractéristiques physico-chimiques de la source de protéines de lactosérum (pureté et concentration initiale en $\alpha$-LA ; dénaturation des protéines) sont des paramètres de toute première importance dans la réussite de cette étape de pré-purification. Ainsi, le concentré de protéines de lactosérum (PS 90) liquide est à préférer à la forme poudre et au fluide liquide moins concentré (PS 75). Avec cette matière première (PS 90) liquide la pureté de l' $\alpha$-LA dans le perméat augmentait, passant d'environ 0,25 dans la matière première à 0,44 avec un rendement de 0,53 après traitement sur membrane Céram de seuil de coupure 300 kg $\cdot$mol -1. Le flux d'ultrafiltration stationnaire était de l'ordre de 64 L $\cdot$h $^{-1}\cdot$m -2 à un facteur de réduction volumique de 9.


Key words: $\alpha$-lactalbumin / whey / purity / ultrafiltration

Mots clés : $\alpha$-lactalbumine / lactosérum / pureté / ultrafiltration

Correspondence and reprints: Bernard Chaufer Tel.: +33 2 23 23 57 53; fax: +33 2 23 23 57 65;
    e-mail: Bernard.Chaufer@univ-rennes1.fr

© INRA, EDP Sciences 2003

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