Brevet FR2452881A1 — publié le 19801031

La présente invention se rapporte, en géneral, a l'industrie alimentaire et, plus particulièrement, à un procédé de prEpa- ration de protéines animales ou végétales, particulièrement de lactoprotéines, ce procédé étant basé sur la chromatographie d'exclusion et d'échange d'ions. Des produits particulièrement intéressants dans la présente invention sont des protéines extraites du lait et du lactosérum doux ou acide et du babeurre, présentant des propriétés particulières, les rendant adaptables à un grand nombre d'utilisations. Ces propriétés particulières ne sont pas présentes dans des produits obtenus par des procédés classiques de récupération et de concentration des protéines, tels que des traitements thermiques, l'ultrafiltration, l'action d'enzymes, l'action de sels, etc... Tous les procédés de la technique antérieure ne permettent pas d'isoler et de purifier les lactoprotéines qui seront prises à titre d'exemples non limitatifs de protéines dans le restant de la description. Au contraire, les lactoprotéines obtenues par le procédé de la présente invention sont à l'état quasinatif On connaissait dans la technique la récupération de lactoprotéines du sérum par la chaleur (thermocoagulation) qui permet d'obtenir la fraction protéines précipitant à la chaleur. Cependant cette fraction a perdu les propriétés technologiques et fonctionnelles d'origine qu'elle avait auparavant dans le lait. On connaissait également des procédés tels que l'échange d'ions ou l'électrodialyse qui permettent une plus ou moins grande élimination de la fraction minérale des lactosérums, et ainsi, une concentration très limitée de la fraction protéique. L'ultrafiltration a été également largement utilisée sur le lait ou sur le lactosérum pour la concentration des protéines. Cependant, d'une part, elle ne permet qu'une purification partielle des protéines et, d'autre part, elle ne permet pas couramment la séparation des différentes protéines entre elles. Dans la demande de brevet français nO 75/26530, publiée sous le n02.321.932, on sépare des protéines en mettant en contact une solution de ces protéines avec une résine échangeuse d'ions, constituée par un support minéral poreux (oxyde métallique), à granulométrie comprise entre 4 pm et 5 mm, à surface spécifique d'environ 5 à 150 m2/g et à diamètre de pores de 500 à 2.500 A, revêtu d'une quantité inférieure de 10 mg/m2 d'un film de polymère réticulé contenant ou portant des groupements échangeurs d'anions (amines tertiaires ou sels d'ammonium quaternaire), la résine ayant une capacité d'échange inférieure à 2 meq./g. Un premier objet de la présente invention est, par un choix judicieux de pré-traitements physico-chimiques des matières premières, de conduire à l'isolement et au fractionnement des protéines présentes sous un état original, ces pré-traitements leur conférant des propriétés particulières intéressantes et valorisantes dans l'industrie alimentaire. Un deuxième objet de la présente invention est de transformer, par voie physico-chimique, les protéines isolées pour leur conférer des propriétés originales et un meilleur inté rê économique. Un troisième objet de la présente invention consiste, par une combinaison en série de différents types de résines et de différents traitements particuliers, à isoler un certain nombre de fractions protéiques particulièrement intéressantes telles que, à titre d'exemple, les protéoses-peptones (macroglycopeptides) et les lactotransferrines. D'autres objets'apparaîtrontdans ce qui va suivre d'après la description suivante. Ces objets sont maintenant atteints par un procédé de préparation de protéines animales ou végétales, plus spécialement des lactoprotéines pour la mise au point de produits spécifiques à propriétés particulières, en utilisant une chromatographie d'exclusion et/ou d'échange d'ions à l'aide d'une résine échangeuse d'ions.Dans ce procédé, on met en contact une ou plusieurs résines, possédant des caracteristiques échangeuses d'ions diverses et des pouvoirs de résolution différents, dissosees en série, et une solution protéique à une force ionique et à un pH compatibles, en particulier avec la fixation par échanges d'ions, on pré-traite les matières premières par des opérations physico-chimiques dans le but d'augmenter le rendement de fixation et/ou de séparation des protéines et/ou d'isoler sous un état défini particulier ces mêmes protéines révélant ainsi des propriétés originales, et on post-traite les isolats protéiques dans le but de les stabiliser, d'exacerber ou de révéler certaines propriétés interessantes pour l'alimentation On citera,à titre d'exemple de procédé de chromatographie d'exclusion et/ou d'échange d'ions, le procédé décrit dans le brevet français nO 75/26530 publié sous le n 2.321.932, où l'on sépare les protéines en mettant en contact une solution de ces protéines avec une résine échangeuse d'ions constituée par un support minéral poreux à granulométrie comprise entre 2 4 ijm et 5 mm, à surface spécifique d'environ 5 à 150 m2/g et o un diametre de pores de 500 à 2.500 A, revêtu d'une quantité inférieure à 10 mg/m2 d'un film de polymère réticule contenant ou portant des groupements échangeurs d'anions (amines tertiaires ou sels d'ammonium quaternaire), la résine ayant une capacité d'échange inférieure à 2 meqgg. D'autresprocédés utilisant des techniques voisines de la chromatographie d'exclusion et/ou de l'échange d'ions sont également utilisables, tels que, par exemple, le procédé-pilote mis au point par SNPA (Société Nationale des Pétroles d'Aquitaine). Tous ces procédés permettent donc d'isoler et de purifier des protéines, soit à l'état natif, soit sous un état particulier qui leur est conféré par les traitements choisis avant, au cours ou après passage sur différents types de resines. Les matières premières employées dans le procédé de la présente invention comprennent le lait écréme, des lactosérums doux ou acides, des babeurres ou d'autres matières protéiques animales ou végétales, par exemple le sang, le lait de soja, etc.. Les traitements physico-chimiques auxquels sont soumises les matières premières sont soit des traitements physiques, tels que l'action de la température (traitement thermique), le pH, le passage sur des résines, la concentration par des moyens utilisables dans l'industrie alimentaire (évaporation, ultracentrifugation, ultrafiltration, etc.), l'électrophorèse l'homogénéisation, la fonte, et l'extrusion, soit des traitements chimiques tels que l'action d'agents chimiques (bases, acides, sels)etl'action d'enzymes (présure, par exemple) - L'adjonction d'additifs ou d'autres matières premières tels que la caséine, le lactose,le saccharose,les dextrines,l'amidon,la crème ,l'huile végetale saturée,des épaississants,des émulsifiants,etc. s'effectue après le passage de la matière première,modifiée ou non par traitements physico-chimiques,sur la colonne de séparation de cette matière première en différents composants recherchés. Selon une mise en oeuvre préférée de la présente invention,on traite des lactosérums acides ou doux issus de fromagerie par le procédé de la présente invention,le lactosérum étant réglé à un pH d'environ 1 à 8,de préférence d'environ 6 à 7.0n fixe ainsi,sur une colonne anionique,les a-lactalbumines,les p-lac- toglobulines et les sérum-albumines,et sur une colonne cationique la plus grande partie des immunoglobulines.Par un fractionnement plus fin des fractions protéiques,on déplace les autres protéines fixées sur la colonne anionique et on isole,ainsi,l'a-lactalbumine et la ss-lactoglobuline.La fixation des protéines acides peut être effectuée sans reglage du pH initial par l'utilisation d'une résine spéciale dite sulfonique. Grâce à la technique préférée,dite de recyclage, on recueille des fractions à pH compris entre 1 et 5.Dans cette technique,on utilise une fraction adéquate la plus acide de l'éluat comme agent d'élution pour le cycle suivant,d'où une diminution des pertes et le maintien des propriétés d'origines des protéines, cette technique fournissant ainsi une faible teneur en cendres même après réglage du pH à environ 6,0-7,0. Les protéines de la colonne anionique sont éluées par une solution d'acide fort (HC1, H3P04) à normalité comprise entre 5N et N/100.Les fractions séparées, obtenues par le procédé de la présente invention, ont une très. grande pureté et de nombreuses propriétés intéressantes qui en font des produits de grande valeur pour leur nombreuses applications spécifiques dans le domaine de l'alimentation humaine et de l'alimentation animale. Comme exemples d'applications, on peut citer, dans le cas de l'alimentation humaine, les laits "maternises", où l'on incorpore de l'a-lactalbumine pour régler le taux de ce produit dans les laits en accord avec le taùx existant dans le lait humain, et, dans le cas de l'alimentation animale, l'incorporation de la fraction immunoglobulique aux aliments pour les veaux, cette fraction etant obtenue dans des conditions particulières et conservant ses propriétés spécifiques d'immunisation. Dans ce dernier cas, on fait passer le lait ou le colostrum sur des résines afin d'obtenir des concentrations élevees d'immunoglobulines et on in corpore cette fraction dans des aliments pour animaux, notamment de jeunes veaux, sans aucun danger pour la santé de ceux-ci. Les fractions de protéines obtenues par-le procédé de la présente invention sont également utiles pour la cuisson de divers produits, où l'on recherche des fractions laitières riches en groupements sulfhydryles, ce qui est le cas pour la -globulinf Ainsi, on incorpore ces fractions de protéines dans la panification, la biscuiterie, la biscotterie, la pâtisserie pour diminuer fortement la ténacité des pâtes.On peut aussi les introduire dans des applications où l'on souhaite que des réactions dites de Maillard se déroulent : c'est le cas dans la panification, le biscuiterie et la biscotterie, dans la préparation d'émulsions (sauces grasses, mayonnaises, béarnaise, charcuterie), dans des produits en mousse sucrés (meringues, mousses) ou salés (mousses de foie). Tous ces différents secteurs de l'industrie alimentaire, et d'autresencore, emploient ces mélanges protéiques obtenus au moyen de traitements spécifiques et présentant des pro priétés de solubilité, de rétention d'eau et de matières grasses, de foisonnement, de texturation et d'émulsification. Selon une autre mise en oeuvre préférée de la présente invention, on traite du lait écrémé et on en obtient dif férentes fractions. Dans un cas, en utilisant des resines employées pour le lactosérum, on retire la totalité ou une partie des protéines de sérum du lait écrémé. On obtient ainsi un lait déséro protéiné possèdant des propriétés importantes en fromagerie, en particulier en relation avec l'ultrafiltration. Ce lait déséro protéiné présente des caractéristiques de perméation nettement améliorées,permettant un gain de rendement considérable.Ceci peut s'expliquer par le fait que la présence de protéines sériques crée des augmentations de viscosité et, par suite, une per méation plus difficile ; ainsi, l'enlèvement des protéines sériques améliore la perméation. De ce fait, si le rétentat d'ultrafiltration est destiné à la fromagerie, seule la fraction efficace en fromagerie est concentrée et il n'y a aucune perte de séroprotéines dans le lactosérum Des avantages supplémentaires de la présente invention apparaissent au cours de l'affinage des fromages car le procédé de la présente invention permet d'éliminer les mauvais goûts (formation de composés de H2S) se produisant dans le cas d'affinage poussé, ces mauvais gouts étant dûs aux protéines de sérum.En outre, l'élimination des protéines de sérum rend possible la stérilisation du lait, tout en lui conservant ses caractéristiques de lait cru (absence d'interaction caséine-Qrotéines de sérum). Dans un autre cas, on utilise des résines spécifiques adaptées à la caséine que l'on traite au pH du lait. On peut ainsi récupérer les différentes fractions caséiques (a, , K) à l'état quasi-natif, ces protéines étant obtenues dans un état parfaitement soluble, en conservant leurs propriétés d'origine. La présente invention sera maintenant décrite à l'aide des exemples suivants, qui ne sont donnés qu'à titre d'illustration et non pas de limitation. EXEMPLE 1 On concentre par évaporation, osmose inverse ou ultrafiltration du lactosérum doux. On ajuste le pH à environ 6,5 par de l'ammoniaque après concentration. Cette dernière est choisie pour être environ quatre fois supérieure à la concentration initiale. On refroidit la solution à environ 50C. Ensuite, on peut traiter cette matière première selon deux techniques différentes selon le nombre de fractions protéiques que l'on veut isoler - Selon une première technique, on fait percoler la solution sur deux colonnes en série : sur une première colonne anionique, on récupère l'a-lactalbumine et la -lactoglobuli- ne et, sur une seconde colonne cationique, on fixe les globulines. On élue ensuite chaque fraction séparément. Une amelioration de ce procédé consiste à choisir un rapport diamètre/hauteur de la colonne anionique le plus petit possible, de façon à obtenir le plus grand pouvoir de résolution mis à profit par la récupération des transferrines. - Selon une deuxième technique, on fait percoler la matière première traitée sur trois colonnes en série, arrangée de la façon suivante : une colonne anionique, une colonne cationique et une deuxième colonne anionique. Sur la première colonne, on isole la D-lactoglobu- line, sur la deuxième colonne, les globulines et, sur la troisième les a-lactalbumines. Comme applicationsdes produits obtenus, on peut citer l'incorporation de 1' a-lactalbumine dans les laits maternisés pour nourrissons et la fabrication de laits à teneur élevée en protéines (60-85 % par exemple) dont on veut ajuster les fractions caséine/protéines du sérum, soit pour reconstituer un lait de vache (rapport caséine/proteines de sérum = 80/20), soit pour reconstituer un lait de femme (rapport caséine/protéinesde sérum : 30/70). EXEMPLE 2 On fait passer sur des colonnes Sphérosil du lait écrémé en vue de le déséroprotéiner. La quantité de déséroprotéination d'un lait écrémé traite sur colonnes Sphérosil dépend du débit de percolation sur la colonne et de son degré de saturation. On peut, de ce fait, en ajoutant ou non des séroprotéines à ce lait déséroprotéiné, régler le rapport caséine/protéines de sérum du lait à fromager. Ce lait est envoyé en fromagerie traditionnelle ou en fromagerie par ultrafiltration après traitement thermique. Dans ce cas, les protéines de sérum, qui ont des propriétés importantes de rétention d'eau particulièrement marquée; permettent de conférer à des fromages maigres (à 25, 10 ou O % de matière grasse / sec) le moelleux et l'onctuosité d'un fromage gras. EXEMPLE 3 Le mélange de protéines, obtenu dans la colonne anionique de l'échangeur d'ions à partir de lait ou de lactosérum, présente une bonne aptitude au foisonnement. C'est une propriété générale des protéines de lait mais que l'on peut exalter facilement du fait de la pureté de ces protéines et du fait de leur procédé d'obtention. Pour obtenir un produit ayant les meilleures caractéristiques de foisonnement, on partira de préférence d'un lactosérum ayant été au préalable déprotéiné par thermo-coagulation. Les protéines non thermocoagulables les plus moussantes seront extraites par le procédé d'échange d'ions. La stabilité maximale de la mousse sera atteinte si les protéines ont été traitées après élution à un pH supérieur à 5. Les protéines ainsi obtenues peuvent remplacer la totalité ou une partie des blancs d'oeufs d'une formulation de meringue classique, telle que celle définie ci-dessous - protéines sèches 45 g - eau 850 g - sucre 2500 g Les processus de battage, de cuisson et de conservation se comparent avec ceux qui se produiraient avec l'emploi de blancs d'oeufs. La stabilité des mousses non cuites après congélation et décongélation est bonne et ceci est un atout intéressant dans la gamme des desserts surgelés. EXEMPLE 4 Les protéines sériques obtenues peuvent être traitées pour leur conférer des propriétés texturantes intéressantes pour des applications dans l'industrie des desserts stérilisés dans lesquels des textures type flans sont recherchées. Ces protéines sont capables de coréagir entre elles et d'engendrer des textures allant du très mou au très ferme. Cette aptitude à la texturation est particulièrement utilisable dans le cas de protéines extraites de lactosérum doux. EXEMPLE 5 On part d'un lait écrémé que l'oniraite sur Sphérosils afin de le déséroprotéiner ; on récupère d'une part les protéines de lactosérum et,d'autre part, le lait que l'on décalcifie avant ultrafiltration avec une augmentation des rendements dues à l'absence des protéines de sérum. Le produit obtenu est intéressant en technologie des fromages fondus. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaitront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé de préparation de protéines animales, plus spécifiquement de lactoprotéines, pour la mise au point de produits spécifiques à propriétés originales en utilisant des techniques de chromatographie d'exclusion et d'échanges d'ions, carac térisé en ce que l'on met en contact une ou plusieurs résines, pos sèdant des caracteristiques échangeuses d'ions diverses et des pou voirs de résolution différents, disposées en série, et une solution protéique à une force ionique et à un pH compatibles, en particulier avec la fixation par échanges d'ions, en ce que l'on prétraite les matières premières par des opérations physico-chimiques dans le but d'augmenter le rendement de fixation et de séparation des protéines et d'isoler sous un état défini particulier ces mêmes protéines,révélant ainsi des propriétés originales1 et en ce qu'on post-traite les isolats protéiques dans le but de les stabiliser, d'exacerber ou de révéler certaines propriétés intéressantes pour l'alimentation. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière première est choisie dans le groupe comprenanle lait, le lait écrémé, le lactosérum doux et acide, le babeurre et toute autre matière protéique issue d'un lait de mammifère. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou la revendu cation 2, caractérisé en ce que la totalité ou une partie des protéines récupérées et isolées est à l'état quasi-natif, ces protéi- nes ayant gardé toutes leurs propriétés d'origine. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les matières premières d'une part, et les isolats protéiques, d'autre part,sont soumis à différents traitements physico-chimiques. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les traitements appliqués sont des traitements physiques choisis dans le groupe comprenant l'action de la température-, l'ac tion du pH, le passage sur des résines, la concentration, l'élec- trophorèse, l'homogénéisation, la fonte et l'extrusion. 6 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les traitements appliqués sont des traitements chimiques choisis dans le groupe comprenant l'action d'agents chimiques (bases, acides1 sels), l'action d'enzymes et l'adjonction d'additifs ou d'autres matières premières. 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les additifs sont choisis dans le groupe se composant de caséine, de lactose, de saccharose, de dextrines, d'amidon, de crème, d'huile végétale saturée, d'épaississants et d'émulsifiants. 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le lactosérum doux ou acide est traité à un pH compris entre environ 1 et 8. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on obtient, sur une colonne anionique, les a-lactalbumines, les ss-lactoglobulines et les sérum-albumines. 10 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on obtient, sur une colonne cationique, les immunoglobulines. 11 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'un fractionnement plus fin permet la séparation de l'alactalbumine et de la '3-lactaglobuline. 12 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que les produits obtenus sont utilisables dans l'alimentation humaine ou animale. 13 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que les produits, à propriétés d'émulsification, de solubilité, de rétention d'eau et de matières grasses, et de texturation, sont employés en panification, en biscuiterie, en biscotterie, en pâtisserie et en charcuterie. 14 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que les produits sont appliqués à l'alimentation infantile, l'a-lactalbumine étant incorporée au lait de vache afin de ramener la teneur du lait de vache en ce composant à une teneur équivalente à celle du lait humain. 15 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'on incorpore des immunoglobulines récupérées à partir de lait ou de colostrum aux aliments d'allaitement de jeunes veaux. 16 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on traite le lait écrémé pour en éliminer les protéines. 17 - Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'on fait passer le lait écrémé sur des résines pour le dé séroprotéiner. 18 - Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le produit obtenu après déséroprotéination est appliqué en fromagerie, permettant des améliorations de rendement par la technique d'ultrafiltration et l'utilisation de la seule fraction efficace en fromagerie. 19 - Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'on fait passer le lait écrémé sur des résines adaptées à la caséine pour séparer les différentes fractions caséiques.