Study of interactions between proteins and surfaces : influence of hydrodynamic and physical operating conditions

Au cours des procédés de fabrication, de purification et de stockage, les protéines peuvent être dénaturées, perdre leurs propriétés et affecter les performances du procédé.Dans cette étude, les propriétés du lysozyme ont été étudiées après un traitement de séparation/purification (ultrafiltration), après contact avec différents matériaux (avec et sans cisaillement fluide) et après un traitement thermique. Après ultrafiltration avec des membranes à faibles seuil de coupure, la protéine est dénaturée, ce qui se traduit par l’observation d’un décalage du temps de rétention et d’une perte d’activité antibactérienne. Cette dernière est d’autant plus importante que la pression appliquée est élevée. Le même procédé de filtration a été appliqué à des solutions de lysozyme préalablement traitée thermiquement (70 et 90°C). Les résultats montrent que la solution traitée à 70°C se comporte de la même manière que celle à température ambiante alors que celle traitée à 90°C est fortement dénaturée (forte diminution de son activité antibactérienne) que ce soit avant ou après la filtration. En contact avec des surfaces, le lysozyme s’adsorbe différemment en fonction des conditions opératoires (cisaillement) et de l’hydrophobicité de la surface. Ces phénomènes d’adsorption sont rapides sur les matériaux hydrophiles (quelques minutes) alors qu’ils se décomposent en deux phases sur les matériaux hydrophobes; une rapide et une très lente (plusieurs jours). Dans le cas de l’ultrafiltration, l’adsorption de protéines à la surface du matériau conduit à une perte importante des propriétés hydrauliques de la membrane et celle-ci est d’autant plus importante que les temps d’arrêt sont importants.During the production, transformation processes and storage, proteins can be denatured, lose their properties and affect the process performances.In this study, lysozyme properties were studied after a separation process (ultrafiltration at low cut-off), after contact with different materials (with or without shear stress) and after a thermal treatment. A modification of the retention time of the ultrafiltrated solutions and a decrease of antibacterial activity are observed after ultrafiltration (all the more important that the applied pressure increases), indicating a significant modification of lysozyme conformation. The same filtration process was used with protein solutions, previously thermally treated (70 and 90°C). The solution previously treated at 70°C shows the same behavior as the one at room temperature. Contrariwise, the solution treated at 90°C is significantly denatured, characterized by an important decrease of antibacterial properties (filtrated or non-filtrated solutions).In contact with a surface lysozyme adsorbs to it. For the hydrophilic surface, adsorption phenomena are quick, while for the hydrophobic material the kinetic of adsorption can be decomposed into two stages: a rapid first and a second very slow). In ultrafiltration, the adsorption of lysozyme significantly affects the membrane performances, and particularly as many downtimes are operated