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
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
Résumé
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 (ceramic or polymeric membrane) and the conduct of this operation are not optimized due to the lake of performance data in the literature. 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
La microfiltration tangentielle 0,1 μm de lait écrémé est une opération classiquement employée en industrie laitière pour la séparation des micelles de caséine et des protéines sériques. Pourtant la conception (membranes organiques ou céramiques) et les conditions de fonctionnement de cette opération ne sont pas optimisées faute de données concernant ses performances. L’objectif de cette thèse est d’apporter des éléments de connaissances pour améliorer la maitrise des performances de la microfiltration 0,1 μm de lait écrémé. L’approche a été double, en considérant d’une part les caractéristiques du lait à traiter et d’autre part les paramètres de conduite de l’opération. Il a été montré que la durée de stockage du lait à froid et les traitements de stabilisation bactériologique appliqués au lait en amont de 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 de manière notable les performances des membranes organiques de microfiltration (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 obtenus s’expliquent par des changements de propriétés du concentré (viscosité) et du dépôt de micelles de caséines accumulées à la surface de la membrane (gonflement). Ces résultats associés à l’analyse de composition et de fonctionalité des fractions obtenues avec membranes céramiques et organiques soulignent la réelle nécessité d’une optimisaiton multi-objective de la microfiltration de lait.
