Isomérisation du lactose en lactulose en solution modèle de lactose et dans du perméat de lactosérum par électro-activation supportée par échange ionique sur résine

L’isomérisation alcaline du lactose en lactulose a été effectuée électro-chimiquement à l’aide d’un réacteur d’électro-activation en combinaison avec des résines échangeuses d’anions de polystyrène de trois types; à savoir Lewatit VP-OC-1065 faible-acide, Lewatit MP-64 moyenne-acide et Lewatit Monoplus M500 forte-acide. Les paramètres opératoires qui ont fait l’objet de cette étude ont été étudiés sur trois blocs expérimentaux pour optimiser le système. Dans le Premier bloc, les paramètres étudiés sont : (1) ratio lactose-5%(p/v) : résine échangeuse d’anions (1:0.5, 1:1 et 1:2), (2) intensité du champ électrique : 50 mA, 100 mA et 200 mA et (3) type de résines : faible, moyenne et forte. Dans le Deuxième bloc, les paramètres mis à l’étude comprenaient : (1) l’intensité du champ électrique : 300 mA, 450 mA et 550 mA, (2) le débit de la solution traitée : 25 ml / min, 50 ml/ min et 100 ml/min et (3) la surface active de la membrane adjacente au compartiment cathodique : 0.78 cm2, 7.06 cm2 et 18.1 cm2. Le Troisième bloc expérimental a été effectué sur la base de la distance entre la membrane et l’électrode : 3.1 cm, 5.6 cm et 9 cm. Le même modèle expérimental a était également réalisé avec du perméat du lactosérum d’une concentration de 7% (p/v). Les résultats obtenus ont révélé que le meilleur rendement de l’isomérisation du lactose en lactulose était obtenu après 30 minutes d’électroactivation en utilisant une solution modèle de lactose-5% avec une valeur d’environ 20.1%. Les conditions opératoires qui ont permis d’avoir ce taux de conversion sont une intensité du courant de 550 mA, un débit de la solution de 25 ml/min, une surface active de la membrane de 7.06 cm2 et une distance de 9 cm entre la cathode et la membrane qui lui y est adjacente. En utilisant le perméat de lactosérum-7%, un taux de conversion de lactose en lactulose de 8.34% a était obtenu avec une intensité du courant de 200 mA, un débit de 120 ml/min, une surface active de de 18.1cm2 et une distance de 9 cm entre la membrane et l’électrode dans le compartiment cathodique. Les analyses de variance ont indiqué un effet catalytique significatif du type de la résine. En effet, la résine-forte a permis d’avoir les plus hauts rendements de la réaction d’isomérisation par électro-activation. La résistance électrique globale du système d’électroactivation dépendait de la valeur de l’intensité du courant. Le produit final était d’une grande pureté, car il ne présentait que quelques traces de galactose (< 4%).

The isomerization of lactose to lactulose in alkaline conditions was carried out electrochemically using an electro-activation reactor in combination with three types of anion-exchange polystyrene resins, namely Lewatit VPOC 1065 weak acid, Lewatit MP-64 medium acid, and Lewatit Monoplus M500 strong acid. The operational parameters evaluated in this study have been adjusted to three blocks to optimize the system: first block: a) ratio lactose- 5% (w /v): anionexchange resin (1:0.5, 1:1 and 1:2), b) electric field intensity of 50 mA, 100 mA, and 200 mA, and c) resin type; second block: a) electric field intensity of 300 mA, 450 mA, and 550 mA, b) flow rate (25 ml / min, 50 ml / min, and 100 ml / min); and c) area of the membrane adjacent to the cathode compartment (0.78 cm2,7.06 cm2, and 18.1 cm2); and third block: distance between the membrane and the electrode (3.1 cm, 5.6 cm, and 9 cm). The same experimental model was used with whey permeat at a concentration of 7% (w/v). Obtained results revealed that the best yield was obtained after 30 minutes of electro-activation using a typical solution based on 20.1% of lactose-5% under a current intensity of 550 mA, a flow rate of 25 ml / min, a membrane area of 7.06 cm2, and a distance of 9 cm between the membrane and the electrode. The use of whey permeate-7% resulted in 8.34% of lactulose under a current intensity of 200 mA, a flow rate of 120 ml / min, a membrane area of 18.1 cm2, and a distance of 9 cm in the cathodic compartment. The analysis of variance indicated a significant catalytic effect on the resin type since the strong acid resin allowed obtaining the highest yields of the isomerization reaction by electro-activation. The overall electrical resistance of the electro-activation system depends on the current intensity. The final product was of high purity since it contains only few traces of galactose (< 4%).