Brevet FR2663637A1 — publié le 19911227

La présente invention est relative à l'obtention de la caséine béta à partir de caséine présure. Elle vise plus particulièrement un procédé ainsi qu'un dispositif en vue de l'obtention d'une solution de caséine béta à partir d'une suspension ou d'une solution de caséine présure. On sait que la caséine présure est obtenue à partir de la précipitation des micelles de caséines d'un lait de mammifère après hydrolyse de la caséine par la présure ou par tout autre enzyme ou mélange d'enzymes d'origine animale, végétale, bactérienne ou fongique susceptible d'hydrolyser la liaison Phé-Met 105-106 de la caséine K. Après séparation du lactosérum et lavage du caillé, on obtient un produit insoluble contenant toutes les caséines du lait ainsi mis en oeuvre à l'exception de la fraction hydrophile stabilisatrice de la micelle et qui est libérée par l'enzyme à savoir le caséino macropeptide. L'autre produit de la réaction enzymatique est désigné par caséine para K. Parmi les caséines présentes dans ce produit insoluble issu de la coagulation des laits de mammifères, on sait que la caséine béta présente de nombreuses propriétés fonctionnelles, technologiques et physiologiques liées à ses caractéristiques physico-chimiques. Parmi ces propriétés on peut citer notamment - des propriétés moussantes et émulsifiantes qui lui sont conférées par sa forte hydrophobicité.Cette propriété intervient également dans la stabilisation de la structure micellaire en association avec le phosphate colloidal et joue un rôle dans la texture des caillés de fromagerie - des propriétés nutritionnelles résultant de sa composition en acides aminés apportant une importante richesse en lysine et tryptophane - des propriétés lui permettant d'être utilisée dans l'industrie pharmaceutique en effet, l'hydrolyse de la caséine béta conduit à l'obtention de phosphopeptides qui interviennent au niveau de l'absorption intestinale d'éléments minéraux et la formation d'un hexapeptide appelé f casomorphine qui aurait un rôle comparable aux dérivés opiacés ayant une influence sur le sommeil, la sécrétion d'insuline et sur la régulation de l'appétit. On sait que la caséine béta présente la particularité de se solubiliser lorsque la température diminue et que la quantité de caséine béta se dissociant de la micelle à froid augmente au cours du temps bien que 75 % de cette quantité soient libérés dans les quinze premières minutes (CREAMER & al 1977). Par ailleurs, la quantité de caséine béta susceptible de se solubiliser à froid dépend de la concentration protéique mise en oeuvre ainsi que de la concentration de phosphate colloïdal présent (PIERRE et BRULE 1981). Compte tenu des nombreuses propriétés de la caséine béta, on comprend qu'il est important de mettre au point un procédé économiquement industrialisable, permettant la séparation de la caséine béta des autres caséines présentes dans le milieu. Un certain nombre de tentatives ont été réalisées par le passé afin de résoudre un tel problème. Un exemple d'une telle tentative est constitué par le brevet FR-2 592 769 qui décrit un procédé d'obtention d'une matière enrichie en caséine béta par séparation de la caséine béta à partir d'un lait de mammifère ou d'un dérivé de lait de mammifère, tel qu'un caséinate, ce procédé mettant notamment en oeuvre une technique de tamisage moléculaire utilisant une membrane de micro-filtration. Cette technique connue présente un certain nombre d'inconvénients parmi lesquels on peut citer notamment les suivants - une difficulté d'obtention à la fois d'une concentration élevée de caséine béta et d'une pureté suffisante et - des débits extrêmement faibles de micro-filtration à froid, ce qui constitue un handicap certain pour l'extrapolation de ce procédé au niveau industriel. En conséquence, la présente invention se propose d'apporter un nouveau procédé d'obtention de caséine béta ne présentant pas les inconvénients des solutions antérieurement connues et susceptible d'être utilisé de manière industrielle. L'invention part de la constatation qu'il est possible d'extraire la caséine béta à partir de caséine présure et qu'une telle extraction présente d'excellents rendements tant en concentration qu'en pureté. Selon un premier aspect de cette invention, celle-ci a pour objet un procédé d'obtention d'une solution de caséine béta à partir de caséine présure issue de la coagulation enzymatique d'un lait de mammifère. L'un des caractères d'originalité du procédé de 1 invention par rapport à la technique antérieure décrite dans FR2592769 réside dans la mise en oeuvre non pas d'un caséinate mais d'une caséine présure dans laquelle la caséine K, principal contaminant rencontré lors de l'extraction de la caséine béta, est hydrolisée en caséine para K présentant une solubilité beaucoup plus faible. Ainsi, le procédé objet de la présente invention est caractérisé en ce que la suspens ion ou solution de caséine présure provenant de la coagulation enzymatique d'un lait de mammifère est refroidie à une température comprise entre - 20 C et + 100 C, de préférence entre 20 C et 50 C et son pH est ajusté à une valeur comprise entre 4,00 et 5,00 et en ce que la suspension ou solution de caséine présure ainsi refroidie et acidifiée est séparée en deux phases de manière à obtenir une phase solide et une phase liquide, cette dernière contenant la caséine béta. Dans le procédé selon l'invention, on peut utiliser notamment comme lait de mammifère du lait de vache ou du lait de chèvre et, la caséine présure provient de la coagulation enzymatique de ce lait de mammifère par un mélange d'enzymes désigné sous le terme présure ou par un enzyme d'origine animale, végétale, bactérienne, fongique ou par un mélange de ces différents enzymes permettant d'obtenir l'hydrolyse de la caséine. Cette caséine présure peut être utilisée en suspens ion dans de l'eau ou dans une solution saline et elle peut se solubiliser ainsi partiellement ou totalement. Parmi les sels pouvant être utilisés, on peut citer notamment les chlorures de sodium, de potassium ou d'ammonium, les citrates de sodium, de potassium ou d'ammonium, les oxalates de sodium, de potassium ou d'ammonium, les phosphates de sodium, de potassium ou d'ammonium, ces sels pouvant être utilisés isolément ou en divers mélanges. De préférence, la concentration de sels, ou d'un mélange des différents sels utilisés dans la solution, peut varier entre 0,1 et 4 %. De préférence et selon 1 invention, la concentration de caséine présure présente dans la suspension ou solution peut varier de I à 10 %, de préférence de 4 à 7 %. Lors de la première étape du procédé selon l'invention, le pH de la suspension ou solution de caséine présure refroidie est ajusté à la valeur mentionnée ci-dessus comprise entre 4,00 et 5,00 par addition d'un acide organique ou d'un acide minéral ou encore d'un mélange de ces deux types d'acides. Comme acide organique, on peut utiliser notamment de l'acide acétique, de l'acide citrique, de l'acide lactique, de l'acide oxalique soit séparément soit en divers mélanges. En tant qu'acide minéral, on peut utiliser notamment l'acide chlorydrique, l'acide sulfurique, l'acide nitrique, l'acide phosphorique, soit séparément soit en divers mélanges. Bien entendu, la valeur du pH de la suspens ion ou de la solution de caséine présure est contrôlée de manière à être maintenue constante pendant toute cette première phase du procédé de l'invention. Selon la présente invention, l'étape d'acidification et de contrôle du pH de la solution ou suspension de caséine présure peut intervenir avant l'étape d'ajustement de la température aux valeurs préconisées par le procédé et précisées ci-dessus. Après cette étape chimique du procédé, la suspension ou solution de caséine présure ainsi refroidie et ajustée en pH se présente sous la forme d'un mélange de deux phases - une phase liquide qui contient la caséine béta et - une phase sédimentable qui renferme le reste des caséines non solubilisées. Dans la seconde étape du procédé selon l'invention, on on réalise une séparation physique de ces deux phases soit par décantation naturelle soit à l'aide d'un appareillage approprié, comme on le verra ci-après, lors de la description d'un exemple de réalisation du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Après cette séparation, la phase liquide enrichie en caséine béta est récupérée par tout moyen approprié, comme on le verra ciaprès. Selon un deuxième aspect, cette invention a pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, tel que défini cidessus, qui est caractérisé en ce qu'il comprend - un réacteur dans lequel on introduit la solution ou la suspens ion de caséine présure provenant de la coagulation enzymatique du lait de mammifère - des moyens de refroidissement permettant de maintenir la température de la suspension dans le réacteur à une valeur comprise entre - 20 C et + 100 C, de préférence entre 20 C et 50 C - un pH-stat permettant de réguler la quantité d'acide ajoutée dans la solution ou suspension de caséine présure contenue dans le réacteur, sous le contrôle d'un pH-mètre et - des moyens assurant la séparation de la phase liquide et de la phase sédimentable contenues dans le mélange provenant dudit réacteur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés qui en illustrent divers exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les dessins - la figure 1 est un diagramme illustrant les étapes du procédé d'obtention selon l'invention de la solution de caséine béta; - la figure 2 représente schématiquement le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé et - les figures 3 à 5 sont des schémas illustrant les différents exemples de réalisation des moyens de séparation des deux phases provenant de la première étape du procédé de l'invention. Comme on le voit sur le dessin, la solution ou suspens ion de caséine présure C est introduite dans un récipient ou réacteur 10 du type à double enveloppe de manière à y maintenir la température de cette solution ou suspension à la valeur spécifiée par le procédé c'est-à-dire entre - 20 C et + 100 C et de préférence entre 20 C et 50 C. Une solution réfrigérante circule dans l'enveloppe extérieure du réacteur 10 et la solution ou suspens ion de caséine présure C est soumise à une faible agitation à l'aide d'un agitateur à vitesse variable 12. La température est contrôlée par exemple par un thermomètre 14. Le pH de la solution ou suspens ion de caséine béta refroidie C est maintenu à la valeur constante spécifiée par le procédé mentionné ci-dessus, à l'aide d'un pH-stat désigné dans son ensemble par la référence 16 et qui permet de réguler la quantité d'acide délivrée par une pompe doseuse 20 à partir d'un récipient d'alimentation 18 sous le contrôle d'un pH-mètre 22. On donne au pH-stat 16 une valeur de consigne et la pompe doseuse 20 permet d'ajuster le pH de la solution ou de la suspens ion C selon cette consigne, en délivrant dans le réacteur 10 la quantité d'acide (ou de mélange d'acides nécessaire. Ainsi qu'on l'a vu ci-dessus, lors de la description du procédé objet de l'invention, la suspension ou solution provenant du réacteur 10 se présente comme un mélange de deux phases : une phase liquide et une phase sédimentable et le dispositif comporte des moyens permettant de séparer ces deux phases de manière à permettre une récupération de la phase liquide contenant la caséine béta. Selon la présente invention, le mélange des deux phases provenant du réacteur 10 peut être véhiculé soit directement par gravité (flèche 24 sur la figure 2) soit à l'aide d'une pompe du type volumétrique 26 ou centrifuge 28, par l'intermédiaire d'un conduit pouvant être refroidi ou non. Les moyens qui sont utilisés pour séparer la phase liquide contenant la caséine béta de la phase sédimentable peuvent être constitués par exemple par - un clarificateur du type auto-débourbeur ou non qui fonctionne sous une accélération comprise entre 500 et 8000 g, de préférence entre 1500 et 3000 g - un décanteur qui fonctionne avec une accélération de 500 à 8000 g et de préférence entre 1500 et 3000 g ou ; - une centrifugeuse fonctionnant selon une accélération comprise entre 500 et 8000 g. Ces moyens peuvent être réfrigérés ou non en fonction du temps de séjour plus ou moins long des produits dans l'installation. On peut également obtenir d'excellents résultats dans la séparation des deux phases en réalisant une décantation à la pression atmosphérique dans le récipient contenant le mélange des deux phases. La figure 3 du dessin illustre cet exemple de réalisation. On y a représenté en 30 le récipient recevant le mélange des deux phases provenant du réacteur 10 et dans ce récipient la phase liquide qui représente le surnageant enrichi en caséine béta est récupéré soit par un orifice 32 prévu à cet effet dans la paroi du récipient 30 immédiatement au-dessus de la phase précipitée (sédiments 34) soit par simple siphonnage en utilisant éventuellement une pompe du type volumétrique ou centrifuge (cette possibilité est illustrée par la flèche 36 sur la figure 3). Sur le schéma de la figure 4 on a représenté une centrifugeuse ou clarificateur 38 permettant la séparation des deux phases de la solution C provenant du réacteur 10. Dans cette variante la phase liquide contenant la caséine béta est récupérée par exemple par siphonnage (schématisé par la flèche 40) et les sédiments sont évacués par une conduite 42. Enfin, le schéma de la figure 5 illustre la variante mettant en oeuvre un décanteur 44 pour la séparation des deux phases. La phase liquide contenant la caséine béta est récupérée en 46 et le sédiment évacué par la conduite 48. Le dispositif selon l'invention décrit ci-dessus peut fonctionner soit selon un mode discontinu soit selon un mode continu. On a donné ci-après dans un tableau des résultats d'essais réalisés par la mise en oeuvre du procédé objet de cette invention. Dans ce tableau on a mentionné cinq exemples représentatifs de 1 invention concernant l'obtention d'une solution de caséine béta à partir de caséine présure, à des concentrations différentes et en utilisant des dispositifs différents fonctionnant de façon continue ou non. Bien entendu, ces exemples ne constituent que des illustrations du procédé de l'invention et ils ne présentent aucun caractère limitatif. I1 en est de même du dispositif décrit ci-dessus en référence aux dessins annexés dont on peut envisager diverses variantes de réalisation et d'exécution sans sortir du cadre de la présente invention. TABLEAU Matière Type de Débit Force Surngt C C première séparateur m3/h g % g/l pureté 1 Cas présure C.n.c. 2500 93 1.3 > 99 1.2 % 2 Cas présure D c 1 90 3.5 95 3.0 % 3 Cas présure C.n.c. 2500 90 3.8 95 4 Cas présure C.n.c. 2500 86 5.3 95 5.0 % 5 Cas présure DG c 1 86 5.0 > 98 4.0 % n.c = fonctionnement non continu c = fonctionnement continu C = Centrifugeuse D = Décanteur DG = Décanteur Guinard REVENDICATIONS 1. Procédé d'obtention de caséine béta à partir d'une suspension ou d'une solution de caséine présure issue de la coagulation enzymatique d'un lait de mammifère, caractérisé en ce que la suspension ou solution de caséine présure est refroidie à une température comprise entre - 20 C et + 100 C et de préférence entre + 20 C et + 50 C, et son pH est ajusté à une valeur comprise entre 4,00 et 5,00 et en ce que la suspension ou solution de caséine présure ainsi refroidie et acidifiée est séparée en deux phases de manière à obtenir une phase solide et une phase liquide, cette dernière contenant la caséine béta. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la caséine présure provient de la coagulation enzymatique du lait de mammifère par un mélange d'enzymes du type présure ou par un enzyme d'origine animale, végétale, bactérienne, fongique ou un mélange de ces différents enzymes permettant de réaliser l'hydrolyse de la caséine présure. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la concentration de la caséine présure présente dans la suspension ou la solution de caséine présure est comprise entre 1 et 10 %, de préférence entre 4 et 7 %. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la caséine présure est diluée dans de l'eau ou dans une solution saline constituée d'eau et de 0,1 à 4 % de sels choisis parmi les chlorures de sodium, de potassium ou d'ammonium, les citrates de sodium, de potassium ou d'ammonium, les oxalates de sodium, de potassium ou d'ammonium, les phosphates de sodium, de potassium ou d'ammonium, séparément ou en divers mélanges. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pH de la solution refroidie est ajusté par addition d'un acide organique ou d'un acide minéral ou d'un mélange de ces deux types d'acides. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on utilise comme acide organique l'acide acétique, l'acide citrique, l'acide lactique, l'acide oxalique, séparément ou en mélange et l'on utilise comme acide mjnéral l'acide chlorydrique, l'acide sulfurique, l'acide phospS tique, l'acide nitrique, séparément ou en mélange. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d'acidification de la solution ou suspens ion de caséine présure peut être effectuée avant l'étape de réglage de la température de cette solution ou suspension aux valeurs comprises entre - 20 C et + 100 C. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la suspension ou solution de caséine présure, refroidie et acidifiée et séparée en deux phases une phase liquide contenant la caséine béta et une phase solide sédimentable contenant les autres caséines, est séparée en lesdites phases soit par décantation à la pression atmosphérique soit par décantation clarification ou par centrifugation, éventuellement avec refroidissement simultané. 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend - un réacteur (10) dans lequel on introduit la solution ou la suspension de caséine présure (C) provenant de la coagulation enzymatique du lait de mammifère - des moyens de refroidissement permettant de maintenir la température de la suspens ion dans le réacteur à une valeur comprise entre - 20 C et + 100 C, de préférence entre 20 C et 50 C - un pH-stat (16) permettant de réguler la quantité d'acides ajoutée dans la solution ou suspens ion de caséine présure contenue dans le réacteur, sous le controle d'un pH-mètre (22) et - des moyens assurant la séparation de la phase liquide et de la phase sédimentable contenues dans le mélange provenant dudit réacteur. 10. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le réacteur est du type à double enveloppe, une solution réfrigérante circulant dans l'enveloppe extérieure et la suspension ou solution de caséine présure étant soumise à une faible agitation à l'aide d'un système agitateur (12) à vitesse variable. 11. Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que la valeur du pH de la solution ou suspens ion de caséine présure (C) contenue dans le réacteur (10) est maintenue constante par ledit pH-stat (16) auquel est donnée une valeur de consigne de pH, une pompe doseuse (20) permettant d'ajuster le pH de la solution ou suspens ion en fonction de la consigne en délivrant la quantité d'acide nécessaire. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que la phase liquide contenant la caséine béta est recueillie par siphonnage (36) avec éventuellement l'aide d'une pompe centrifuge ou volumétrique après sédimentation de la phase solide par décantation dans une enceinte (30) à la pression atmosphérique. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la décantation à pression atmosphérique s'effectue dans un récipient (30) comportant un orifice situé dans la zone de l'interface entre la phase liquide et la phase sédimentée pour assurer la récupération de la phase supérieure, liquide, contenant la caséine béta. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que la séparation des deux phases est effectuée à l'aide d'une centrifugeuse (38) fonctionnant en mode continu ou non. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que la séparation des deux phases est effectuée à l'aide d'un clarificateur auto-débourbeur ou non, fonctionnant en mode continu ou non. 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que la séparation des deux phases est effectuée à l'aide d'un décanteur (44) fonctionnant en mode continu ou non. 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé en ce que l'accélération des moyens de séparation des deux phases est comprise entre 500 et 8500 g. 18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 17, caractérisé en ce que la solution acidifiée et refroidie provenant du réacteur (10) est transmise aux moyens de séparation par gravité, par l'intermédiaire d'un conduit refroidi ou non. 19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 17, caractérisé en ce que la solution acidifiée et refroidie provenant du réacteur (io) est transmise aux moyens de séparation à l'aide d'une pompe volumétrique (26) ou centrifuge (28). 20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 19, caractérisé en ce qu'il fonctionne selon un mode continu ou non.