Purification and concentration of cheese whey proteins through aqueous two phase extraction

Abstract

Whey is a by-product of cheese manufacture and contains proteins that can be recovered, but lactose presence limits its use. Proteins can be separated with aqueous two-phase extraction (ATPE), thus the objective was to evaluate this strategy to recuperate proteins from whey attending lactose elimination. An ATPE system with (NH 4 ) 2 SO 4 and polyethylene glycol 4000 (PEG4000) was studied at 25°C. As PEG4000 diminished the volume ratio between phases diminished and a biphasic system was maintained in absence of the polymer. Minimum protein recovering and lactose elimination were 54.5% and 62.1% with mixtures having 25% PEG4000 and 12.1% (NH 4 ) 2 SO 4 , but values were 93.0% and 72.3%, respectively, with 0.1% PEG4000 and 34.7% (NH 4 ) 2 SO 4 . Therefore, whey incorporated with (NH 4 ) 2 SO 4 in concentration higher than 34% and without polyethylene glycol can be used in ATPE systems to maximize lactose elimination and protein recovering and to concentrate proteins up to 2.45 times through a non-energy strategy.Purificación y concentración de proteínas de suero de queso mediante extracción acuosa en dos fases RESUMEN El suero es un subproducto de la manufactura de queso y contiene proteínas que pueden ser recuperadas, pero la presencia de lactosa limita su uso. Las proteínas pueden ser separadas con extracción acuosa en dos fases (ATPE), por lo que el objetivo fue evaluar esta estrategia para recuperar proteínas del suero atendiendo la eliminación de lactosa. Se estudió un sistema ATPE formado con (NH 4 ) 2 SO 4 y polietilenglicol 4000 (PEG4000) a 25°C. A medida que PEG4000 disminuyó se redujo la relación de volúmenes entre fases y en ausencia del polímero se mantuvo un sistema bifásico. El rendimiento mínimo de recuperación de proteínas y eliminación de lactosa fueron 54.5% y 62.1% con mezclas de 25% PEG4000 y 12.1% (NH 4 ) 2 SO 4 , pero los valores fueron 93.0% y 72.3%, respectivamente, con 0.1% PEG4000 y 34.7% (NH 4 ) 2 SO 4 . Por lo tanto, el suero incorporado con (NH 4 ) 2 SO 4 en concentración mayor a 34% y sin polietilenglicol puede ser usado en un sistema ATPE para maximizar la eliminación de lactosa y la recuperación de proteínas y para concentrar proteínas hasta 2.45 veces a través de una estrategia no energética. ARTICLE HISTORY

Use of α-Lactalbumin [α-La] from Whey as a Vehicle for Bioactive Compounds in Food Technology and Pharmaceutics: A Review

“…Hence, their direct fractionation using conventional industrial technologies such as membrane filtration is difficult [38]. However, recent technologies such as microfiltration and ultrafiltration at high shear rates and aqueous two-phase extraction can be applied to isolate whey proteins in lesser time and obtain better results in their purification [39,40]. Muller et al [41] proposed a prepurification of α-La by UF of acid casein whey with the limited transmission of β-Lg.…”

Whey: State of the Art. Part II. Processes and Treatment Methods

“…В таблице приведены методы обработки сыворотки, используемые в самых различных отраслях промышленности, которые позволяют выделять ценные компоненты и получать новые производные, предназначенные в том числе для здоровья. [5]; Domínguez-Puerto, R., et al, (2018) [6] Физико-химические Обратный осмос; диафильтрация; микрофильтрация; ультрафильтрация; нанофильтрация; диализ; ионный обмен Arunkumar, A., et al, (2015) [7];…”

“…Термокальциевое осаждение основано на образовании агрегатов липидонерастворимых фосфатов кальция при умеренных температурах (50°C), нейтральном pH (7,(3)(4)(5)(6)(7)5) и присутствии кальция. Белки связаны с вышеупомянутыми фосфатными агрегатами [23,24].…”

Partición de proteína de lactosuero en un sistema de extracción acuosa en dos fases

“…La extracción acuosa en dos fases (ATPE, por sus siglas en inglés) es un procedimiento de separación líquidolíquido de diversos tipos de biomoléculas, donde se utilizan mezclas de compuestos que en ciertas concentraciones producen una solución verdadera en una sola fase, pero en otras generan la formación de dos fases inmiscibles, entre las cuales se reparten los compuestos a separar (Raja et al, 2011). El caso más común involucra el uso de un polímero como polietilenglicol, dextrano (Rosa et al, 2010), polivinil pirrolidona (Sadeghi y Maali, 2016), polióxido de etileno o polióxido de propileno (da Rocha et al, 2011) y una sal, como sulfato de amonio (Domínguez-Puerto et al, 2018), citrato de sodio (Rodríguez-Salazar y Valle Guadarrama, 2019) o fosfato de potasio (Alcântara et al, 2011). En la formación del sistema bifásico está involucrado un fenómeno de exclusión salina o salting-out, donde a medida que aumenta la concentración de sal se reduce la interacción del segundo componente con 118 el agua, reduciendo su hidrofilicidad y dando lugar a una separación de dos fases inmiscibles (Gomes et al, 2017).…”

“…La técnica de ATPE ha sido probada con éxito para la separación de proteínas a partir de distintos materiales, tanto de origen vegetal (Balasubramaniam et al, 2003), como animal (Domínguez-Puerto et al, 2018Kalaivani y Regupathi, 2015). Diversos trabajos se han enfocado a la separación de las proteínas del lactosuero mediante extracción acuosa en dos fases, con sistemas basados en polietilenglicol (PEG) y citrato de sodio (Perumalsamy y Murugesan, 2012), PEG y poliacrilato de sodio (Pereira Alcântara et al, 2014), PEG y citrato de sodio (Kalaivani y Regupathi, 2015), PEG y sulfato de amonio (Domínguez-Puerto et al, 2018), poli(etilenglicolran-propilenglicol)monobutiléter y fosfato de potasio (Jiang et al, 2017;Zhang et al, 2016), polivinil pirrolidona y fosfato de potasio (Mokhtarani et al, 2011) y PEG en mezcla con fosfato de potasio (Nandini y Rastogi, 2011), entre otros. Domínguez-Puerto et al (2018) resaltaron que el lactosuero contiene también concentraciones relativamente altas de lactosa, lo cual debe ser atendido al recuperar las proteínas, pues muchas personas padecen de intolerancia a este disacárido (Jelen y Tossavainen, 2003).…”