La présente invention est relative à 1'obtention de la caséine bêta à partir de caséine présure. Elle vise ^" plus particulièrement un procédé ainsi qu'un dispositif en vue de 1'obtention d'une solution de caséine bêta 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- et 105-106 de la caséine kappa. Après séparation du lactosérum et lavage du caillé, on obtient un produit insoluble contenant toutes les caséines du lait ainsi mis en oeuvre à 1'exception de la fraction hydrophile stabilisatrice de la micelle et qui est libérée par 1'enzyme à savoir le caséino macropeptide. L'autre produit de la réaction enzymatique est désigné par caséine para kappa.

Parmi les caséines présentes dans ce produit insoluble issu de la coagulation des laits de mammifères, on sait que la caséine bêta 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 colloïdal 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 bêta conduit à :

. l'obtention de phosphopeptides qui interviennent au niveau de 1'absorption intestinale d'éléments minéraux et ; la formation d'un hexapeptide appelé bêta 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 bêta présente la particularité de se solubiliser lorsque la température diminue et que la quantité de caséine bêta 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, NZ J. Dairy Science Technol. 12, 58- 66, 1977) Par ailleurs, la quantité de caséine bêta 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, Journal of Dairy Research 48, 417-428, 1981). Compte tenu des nombreuses propriétés de la caséine bêta, on comprend qu'il est important de mettre au point un procédé économiquement industrialisable, permettant la séparation de la caséine bêta 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 bêta par séparation de la caséine bêta 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 bêta 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 bêta 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 bêta 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 bêta à partir de caséine présure telle qu'issue de la coagulation enzymatique de lait. L'un des caractères d'originalité du procédé de l'invention par rapport à la technique antérieure décrite dans la demande FR-2592769 réside dans la mise en oeuvre non pas d'un caséinate mais d'une caséine présure dans laquelle la caséine kappa, principal contaminant rencontré lors de 1'extraction de la caséine bêta, est hydrolysée en caséine para kappa présentant une solubilité beaucoup plus faible.

Ainsi, le procédé objet de la présente invention est caractérisé en ce que la suspension ou solution de caséine présure telle qu'issue de la coagulation enzymatique d'un lait de mammifère est refroidie à une température d'environ - 2°C à + 10°C, de préférence de +2°C à + 5°C et son pH est ajusté à une valeur d'environ 4,00 à 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 bêta.

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 suspension 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 de 0,1 à 4 % environ.

De préférence et selon 1'invention, la concentration de caséine présure présente dans la suspension ou solution peut varier de 1 à 10 %, de préférence de 4 à 7 % environ.

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 de 4,00 à 5,00 environ 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 chlorhydrique, l'acide sulfurique, l'acide nitrique, l'acide phosphorique, soit séparément soit en divers mélanges. Bien entendu, la valeur du pH de la suspension ou de la solution de caséine présure est contrôlée de manière à être maintenue constante pendant toute cette première phase du procédé de 1'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 bêta et ;

- une phase sédimentable qui renferme le reste des caséines non solubilisées.

Dans la seconde étape du procédé selon l'invention, on réalise une séparation physique de ces deux phases soit par décantation naturelle soit à 1'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 bêta est ^' récupérée par tout moyen approprié comme on le verra ci-après.

Le procédé défini ci-dessus permet de disposer de caséine bêta ayant un degré de pureté supérieur à 90 % environ par rapport à la matière protéique totale tel que mesuré en HPLC et électrophorèse . Ce produit est avantageusement exempt d'additifs chimiques tels qu'utilisés dans les techniques de séparation connues à ce jour comme les agents dénaturants, les agents précipitants ou encore l'urée. Il s'agit d'un produit nouveau qui, en tant que tel, entre dans le cadre de l'invention.

Ce produit est plus spécialement caractérisé en ce qu'il ne contient pratiquement pas de caséine kappa.

La caséine bêta telle qu'obtenue par le procédé de l'invention est encore caractérisée en ce qu'elle présente un pH proche de la neutralité.

Les qualités de ce produit sont avantageusement mises à profit dans les industries alimentaires et

diététiques, fromagères et laitières comme aliment ou complément alimentaire. En diététique, elle constitue une matière première de grand intérêt pour l'obtention de peptides. La caséine bêta de l'invention revêt également un grand intérêt dans l'industrie pharmaceutique ou cosmétique.

L'invention vise également le co-produit de la caséine bêta isolée selon l'invention, représenté par la phase solide formée lors du refroidissement et de l'acidification de la suspension ou solution de caséine présure. Ce co-produit, pratiquement totalement exempt de caséine bêta, présente des propriétés fonctionnelles, physiologiques et nutritionnelles originales. II trouve donc également des applications dans les industries mentionnées plus haut. Ce co-produit peut servir également de matière première pour la purification des autres contaminants des micelles, cette purification se trouvant facilitée par le fait que ce co-produit ne renferme pratiquement pas de caséine bêta.

Selon un deuxième aspect, cette invention a pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, tel que défini ci-dessus, qui est caractérisé en ce qu'il comprend ; - un réacteur dans lequel on introduit la solution ou la suspension 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 de - 2° à + 10"C environ, de préférence de + 2°C à + 5°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-mêtre 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 1'invention de la solution de caséine bêta ; 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, - la figure 6 représente le profil chromatographique d'un échantillon en HPLC.

Comme on le voit sur le dessin, la solution ou suspension 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 de - 2°C à + 10 ^β C environ et de préférence de + 2°C à + 5°C. Une solution réfrigérante circule dans l'enveloppe extérieure du réacteur 10 et la solution ou suspension 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 suspension de caséine bêta 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 suspension C selon cette consigne, en délivrant dans le réacteur 10 la quantité d'acide (ou de mélange d'acides) nécessaire.

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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 bêta.

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 bêta de la phase sédimentable peuvent être constitués par exemple par :

- un clarificateur du type auto-débourbeur ou non qui fonctionne sous une accélération de 500 à 8000 g environ, de préférence de 1500 à 3000 g ; un décanteur qui fonctionne avec une accélération de 500 à 8000 g environ et de préférence de 1500 à 3000 g ou ; une centrifugeuse fonctionnant selon une accélération de 500 à 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 surnagent enrichi en caséine bêta est récupéré soit par un orifice 32 prévu à cet effet dans la paroi du récipient 30

immédiatement au-dessus de la phase précipité (sédiments 34 ) soit par simple siphonnage en utilisant éventuellement une pompe du type volumetrique 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 bêta est récupérée par exemple par siphonnage (schématisé par la flèche 40) et les sédiments sont évacués par une conduite 42.

Enfin, la 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 bêta 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 bêta 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. Il 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

1 Cas.présure C.n.c. 2500 93 1,3 > 99 1,2 %

2 Cas.présure D c 90 3,5 95 3,0 %

5 Cas.présure DG c 86 5,0 > 98

n.c = fonctionnement non continu c = fonctionnement continu

C = Décanteur

DG ≈ Décanteur Guinard

Sur la figure 6, on a représenté le profil chromatographique (analyse HPLC de phase inverse) d'un échantillon répondant à l'analyse suivante :

Solides totaux 995 g/kg

Azote 945 g/kg caséine bêta > 900 g/kg

Substance minérales 50 g/kg

Calcium 5 g/kg

Sodium 16 g/kg

Potassium 0,1 g/kg

Phosphores 11,1 g/kg

Les valeurs indiquées sur la figure correspondent au temps d'élution. L'obtention d'un pic à 12,65 prouve que le produit obtenu présente une pureté supérieure à 90 %.