​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​Optimisation du fractionnement des protéines de lait

Anitha Rasmussen, Technologue en application et Hanne Sørensen, Responsable Produit Applications basées sur les aliments et les boissons, Docteur, Tetra Pak Filtration Solutions

Le fractionnement du lait écrémé est synonyme de microfiltration, et pour cette tâche, des membranes en céramique et polymères peuvent être utilisées. Il existe une différence de prix importante entre ces deux types, les membranes céramiques étant plus chères. Les recherches montrent que les membranes en céramique sont supérieures aux membranes polymères en ce qui concerne le passage des protéines du lactosérum à travers la membrane et la rétention de la caséine. Par conséquent, les deux membranes présentent des avantages et sont utiles selon les exigences primordiales.

Le point commun entre les membranes en céramique et polymères est qu'elles présentent une distribution de dimension des pores plutôt qu'une valeur seuil définie, ce qui serait la conception optimale pour la séparation des protéines. La distribution de dimension des pores peut être de largeur variable, et par conséquent la performance des membranes est souvent liée à l'ajout d'une couche d'encrassement secondaire.

Tests de performance des membranes

Tetra Pak a réalisé une série de tests pour étudier les performances des membranes dans différentes conditions de service et donc différentes compositions de couches d'encrassement. La combinaison des performances des membranes de différents fournisseurs associée à l'ajout d'une couche d'encrassement secondaire est cruciale car elle déterminera la performance finale.

Des essais ont montré que de bonnes performances d'une installation de filtration sur membrane polymère peuvent être obtenues par des conditions de traitement différentes selon la membrane utilisée. Une membrane relativement ouverte pourrait être utilisée avec une couche d'encrassement dense créée à partir d'une ligne de base basse et d'une faible pression de flux croisés, ce qui entraînerait un flux élevé, une faible rétention des protéines du lactosérum et une forte rétention de la caséine.

Une autre membrane avec une distribution de dimension des pores plus petite et plus étroite pourrait être combinée avec une ligne de base basse et une pression de flux croisé élevée, réduisant la couche d'encrassement secondaire, ce qui ferait dépendre le processus de fractionnement des propriétés de la membrane elle-même plutôt que de la couche d'encrassement.

Un autre aspect bien documenté est la température pendant la filtration. La caséine se solubilise partiellement à partir de la micelle de caséine lorsqu'elle est stockée au froid et suit les protéines de lactosérum à travers la membrane. Les membranes polymères sont souvent utilisées dans des conditions de froid permettant une longue durée de production, mais malheureusement aussi une transmission élevée de la caséine. Ce problème pourrait être résolu en augmentant la température et en minimisant ainsi la différence de performance entre les installations de filtration en polymère et en céramique.

Le prétraitement du lait est souvent négligé

On suppose que le lait est frais et non perturbé à son arrivée à l'usine, mais il peut être passé par plusieurs laiteries et donc avoir fait l'objet de multiples processus de pasteurisation. Cela se traduira par des protéines de lactosérum partiellement endommagées qui sont difficiles ou impossibles à faire passer à travers la membrane, déclenchant ainsi une série d'effets indésirables tels que la diminution du rendement en protéines de lactosérum, l'accumulation de protéines dans le rétentat et/ou la diminution du flux ; tout cela entraînant une diminution de la capacité des usines.

Un autre prétraitement est l'ultrafiltration/la concentration du lait par osmose inverse à des fins de transport ou pour optimiser la conception de la chaîne de production. Tetra Pak a découvert que le degré et le type de préconcentration possibles affecteront les performances ultérieures de la microfiltration relatives au flux et aux rétentions. Il existe donc une possibilité, souvent inattendue, d'optimiser la conception d'une ligne complète. L'accent est souvent mis sur le processus individuel, en l'occurrence la microfiltration, mais notre travail a prouvé que l'accent devrait plutôt être mis sur des solutions de ligne entièrement optimisées pour répondre aux besoins de chaque laiterie.​​

Par Hanne Sørensen, Responsable Produit Applications basées sur les aliments et les boissons, docteur, et Anitha Rasmussen,
Technologue en application, Tetra Pak Filtration Solutions