Microfiltration tangentielle de lait écrémé : Impact des prétraitements du lait et de la conduite de la diafiltration sur les performances de la séparation et la qualité des fractions

Crossflow microfiltration of skimmed milk : impact of pre-treatments of milk and conduct of diafiltration on the performance of separation and the quality of the fractions

• Auteur / Autrice : Manon Granger-Delacroix
• Direction : Geneviève Gesan-Guiziou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés agroalimentaires
• Date : Soutenance le 21/09/2020
• Etablissement(s) : Rennes, Agrocampus Ouest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Science et technologie du lait et de l'œuf - Unité mixte de recherche science et technologie du lait et de l'oeuf
• Jury : Président / Présidente : Thomas Croguennec

Mots clés

Mots clés libres

Microfiltration

Stockage à froid

Traitement thermique

Transmission des protéines sériques

Membrane organique

Diafiltration

Dépôt de micelles de caséines

Plasmine

Protéoses peptones

Microfiltration

Cold-Storage

Heat-Treatment

Transmission of serum proteins

Polymeric membrane

Diafiltration

Casein micelles deposit

Plasmin

Proteoses peptones

Résumé

La microfiltration tangentielle 0,1 µm de lait écrémé est une opération employée en industrie pour la séparation des micelles de caséine et des protéines sériques. Pourtant la conception et les conditions de fonctionnement de l’opération ne sont pas optimisées. L’objectif de cette thèse est d’apporter des connaissances pour améliorer les performances de la microfiltration 0,1 µm de lait écrémé. L’approche a été double en considérant les caractéristiques du lait à traiter et les paramètres de conduite de l’opération. Il a été montré que la durée de stockage à froid et les traitements de stabilisation bactériologique appliqués au lait avant la microfiltration ont un impact sur les performances de l’opération. La diminution des performances (pression, récupération des protéines sériques)est attribuée aux effets cumulatifs des bactéries et fragments bactériens et les protéines sériques dénaturées/ agrégées. La diafiltration à l’eau améliore les performances des membranes organiques (augmentation des flux de perméation et de la transmission des protéines sériques), lorsqu’elle est réalisée sur des rétentats concentrés et avec des pressions transmembranaires faibles. Les résultats s’expliquent par des changements de propriétés du concentré et du dépôt de micelles de caséines à la membrane. Ces résultats associés à l’analyse de composition et de fonctionalité des fractions obtenues avec membranes céramiques et organiques soulignent la nécessité d’une optimisaiton multi-objective de la microfiltration de lait.

Crossflow microfiltration of skimmed milk using 0.1 µm pore size is commonly used in dairy industry to separate casein micelles from serum proteins. However, the design and the conduct of this operation are not optimized. The objective of this thesis is to provide knowledge to improve the performance of 0.1µm-microfiltration skimmed milk. We considered both the characteristics of skimmed milk to be microfiltered and the operating conditions of the operation. This work shows that the duration of cold-storage and the method for microbiological stabilization performed prior microfiltration impact the performance of the operation. The decrease of performance (transmembrane pressure, serum protein recovery)is attributed to the cumulative effect of bacteria/bacterial fragments and modifications of serum proteins (denaturation and aggregation). Performance of microfiltration using polymeric membrane are considerably improved (increase of permeation flux and transmission of serum proteins) using diafiltration mode with reverse osmosis water realized on concentrated retentate and with low transmembrane pressure. The modifications observed can be explained by changes on the properties of the fluid (viscosity) and of the deposit of casein micelles accumulated at the membrane (swelling). These results and the analyses of composition and functionalities of fractions obtained with ceramic and polymeric membranes highlight the real necessity, in the futur, of multi-objective optimization of skimmed milk microfiltration.