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Installations de microfiltration avec membranes à gradient de pression
Graphique: Fractions de protéines dans le perméat pour un lait de départ avec 3,1% de matière grasse.
Grafik: Proteinfraktionen im Permeat für Ausgangsmilch mit 3,1% Fett.
Jusqu’à maintenant, la concentration de lait entier par microfiltration jusqu’à des teneurs en matière sèche de l’ordre de 35% était réalisée avec un système UTP (Uniform Transmembrane Pressure). L’apparition sur le marché de membranes à gradient de pres- sion (GP) simplifie les installations. Il n’y a en effet plus besoin du circuit de recircula- tion du perméat pour garantir leur bon fonc- tionnement, ce qui réduit également le nombre de pompes nécessaires.
CÉDRIC FRAGNIÈRE, KARL SCHAFROTH*. Grâce à la microfiltration, il est possible de concentrer la caséine et la matière grasse du lait. Il en résulte un petit-lait idéal (perméat) qui ne contient pas de graisse ou de caséine et qui est très pauvre en germes. Le concentré de lait obtenu peut être transformé en divers produits tel que fromages frais ou fromages à pâte molle. Il peut également être utilisé en cuisine pour faire des sauces par exemple.
Concentration simplifiée grâce à de nouvelles membranes
Jusqu’à maintenant la concentration se faisait avec un système UTP (Uniform Transmembrane Pressure). Ce système a pour but d’éviter que la pression soit plus élevée à un endroit de la mem- brane et qu’elle se bouche (colmatage) à cet endroit, ce qui diminuerait le rendement de l’installation. Les fabricants ont maintenant déve- loppé des membranes à gradient de pression (GP) qui permettent de simplifier les machines de concentration tout en ayant le même effet qu’avec
un système «UTP». Il n’y a donc plus besoin du circuit de recirculation du perméat (UTP) pour garantir le bon fonctionnement de l’installation, ce qui réduit également le nombre de pompes nécessaires.
Tests avec différentes teneurs
en matière grasse sur l’installation pilote Les membranes en question n’avaient pas encore été testées avec l’application développée par ALP (fromage à pâte molle à partir de concentré). Des tests ont donc été effectués avec différents taux de matière grasse dans le lait de départ sur notre installation pilote (Tetra Alcross). Cela a permis d’une part de connaître l’influence de la matière grasse sur la séparation des autres composants du
lait et d’autre part de tester l’installation dans les conditions de la pratique. En effet, en fonction des produits désirés, des laits avec des taux de matière grasse différents sont concentrés. Des échantil- lons ont été prélevés à plusieurs stades de la concentration afin de connaître l’influence du facteur de concentration.
Composition du concentré et rendement de l’installation semblable La composition du concentré obtenu avec le sys- tème GP est comparable à celle du concentré produit avec le système UTP. La quantité de ca- séine qui traverse la membrane et qui se retrouve donc dans le perméat varie entre 0,1 g/kg en début de concentration et 0,3 g/kg en fin de
Nr. 23 / 22.11.2005
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Neue Membranen mit Druckgradient
Mittels Mikrofiltration lässt sich das Kasein und Fett in der Milch konzentrieren. Das resultie- rende Permeat, die ideale Molke, enthält weder Fett noch Kasein und ist sehr keimarm. Das Milchkonzentrat kann beispielsweise zu Frisch- käse oder Weichkäse weiterverarbeitet oder in der Küche für Saucen verwendet werden. Bisher wurde die Konzentration mit einem UTP-System (Uniform Transmembrane Pressure) ausgeführt.
Dieses System soll den Druck überall an der Membran konstant halten, was den Wirkungs- grad der Anlage hoch hält. Neu wurden Mem- branen mit Druckgradient (GP) hergestellt, mit denen die Anlagen unter Beibehalten des Wir- kungsgrades vereinfacht werden können. Es braucht keinen Kreislauf des Permeates mehr, und damit sind auch weniger Pumpen nötig. An ALP Liebefeld wurden die neuen Membranen für die Herstellung von Weichkäse aus dem Konzentrat getestet. Auf der Pilotanlage (Tetra Alcross) wurden verschiedene Fettgehalte der Ausgangsmilch (voll- und halbfett) verwendet.
So zeigte sich unter Praxisbedingungen der Einfluss des Fettgehaltes auf die Trennung der anderen Milchkomponenten. Die Zusammen- setzung des GP-Konzentrates war einem UTP- Konzentrat vergleichbar. Die Menge Kasein, die die Membran passiert und im Permeat landet, schwankt zwischen 0,1 g/kg zu Beginn und 0,3 g/kg am Ende der Konzentration, wenn der Ge- halt an Trockenmasse ansteigt. Die Grafik zeigt, dass sich die Menge an Molkenprotein im Per- meat mit steigender Konzentration verringert.
Das heisst, mehr Molkenproteine werden am Ende der Konzentration an der Membran fest- gehalten. Dies erklärt sich durch eine erhöhte Denaturierung am Ende der Konzentration, stellt aber kein Problem dar. Die Ausbeute der Anlage ist übrigens für die beiden Fettgehalte der Milch gleich hoch. Die Membranen für die Mikrofiltra- tion sind mit Kanälen von 4 oder 6 mm erhältlich.
Laut Hersteller eignen sich die 6-mm-Kanäle besser für visköse Produkte. Als Nächstes sollen nun die Ausbeuten dieser beiden Membranty- pen miteinander verglichen werden. (cf)
Membrane en céramique pour la microfiltration. (Photo : ALP) Keramikmembran für die Mikrofiltration.
concentration lorsque la teneur en matière sèche et la plus élevée.
Les protéines sériques sont mieux retenues en fin de concentration
Le graphique démontre que la quantité de proté- ine sérique dans le perméat diminue avec l’augmentation du facteur de concentration. Cela signifie que plus de protéines sériques sont rete- nues par la membrane en fin de concentration. Ce phénomène s’explique par la dénaturation qui est plus élevée en fin de concentration (température plus élevée et facteur température temps). Ce n’est pas un problème puisque les quantités de perméat nécessaires à l’augmentation d’un facteur de con- centration donné sont beaucoup plus faibles en fin de concentration et que, de ce fait, la quantité de protéine sérique concentrée demeure également faible. Le rendement de l’installation est par ail- leurs le même pour les 2 configurations.
Quelles sont les perspectives de cette nouvelle méthode?
Les membranes pour la microfiltration sont disponibles avec des canaux de 4 mm et 6 mm.
D’après les fabricants de membranes, les canaux 6 mm sont mieux adaptés pour la filtration de produits visqueux. La suite des travaux consis- tera donc à comparer le rendement de l’installation avec les 2 types de membranes (canaux de 4 mm et 6 mm) pour l’application développée par ALP. Les membranes GP per- mettent de produire un concentré similaire à celui produit avec un système UTP tout en simplifiant les installations. Cela devrait donc encore favoriser l’implantation de cette techno- logie dans la pratique.
*Agroscope Liebefeld-Posieux (ALP), 3003 Bern- Liebefeld
