Effet du mode opératoire sur l'efficience d'un procédé d'ultrafiltration pour la fabrication d'un concentré à haute teneur en protéines

• Main Author: Gavazzi-April, Camile
• Other Authors: Pouliot, Yves
• Format: Dissertation
• Language: French
• Published: Université Laval 2018
• Subjects: S 405 UL 2018; Ultrafiltration; Protéines du lait
• Online Access: http://hdl.handle.net/20.500.11794/29956

Les concentrés laitiers à haute teneur en protéines (plus de 80% de protéines sur base sèche) sont générés par ultrafiltration (UF) et diafiltration (DF). Des membranes polymériques spiralées en polyéthersulfone de seuil de coupure de 10 kDa sont généralement utilisées en industrie laitière afin de maximiser la rétention des protéines. La baisse des flux de perméation et l’encrassement membranaire sont les principales limites à l’efficience du procédé. Ces inconvénients pourraient être limités par une sélection optimale du seuil de coupure membranaire et de la séquence UF-DF. Ce projet avait pour objectif de caractériser les performances (flux de perméation, résistance hydraulique, composition et consommation en énergie et en eau) de procédés d’UF-DF en fonction du seuil de coupure (10 et 50 kDa) et de la séquence UF-DF (3,5X – 2 diavolumes (DV) et 5X – 0,8DV). Les séquences UF-DF ont été réalisées avec du lait écrémé et pasteurisé au moyen d’un système de filtration pilote opéré à 50°C et à une pression transmembranaire (PTM) constante de 465 kPa. Pour une même séquence UF-DF, il a été démontré que le seuil de coupure n’avait pas d’impact (p>0.05) sur les flux de perméation, qui étaient toutefois significativement plus élevés (p<0.05) à l’étape de DF pour la séquence 3,5X – 2DV. Les données expérimentales de ces essais ont été utilisées dans le cadre d'une simulation pour la production d’un concentré de protéines laitières dans une usine laitière modèle traitant 1500 m3 de lait en 20 heures. Cet exercice a révélé que, malgré la forte baisse du flux de perméation (89% pour la séquence 5X – 0,8DV contre 58% pour la séquence 3,5X – 2DV) survenant lors d'une concentration du lait à haute teneur en solides, limiter l'étape de DF demeurerait bénéfique du point de vue de la consommation en énergie et en eau. Les données générées par ce projet permettront d’outiller les industriels pour leurs choix technologiques quant au niveau de concentration à cibler en lien avec une démarche d’amélioration de l’éco-efficience. === High-milk protein concentrates (over 80% total protein on a dry weight basis) are typically produced by ultrafiltration (UF) with constant-volume diafiltration (DF). Polymeric spiral-wound UF membranes with a molecular weight cut-off (MWCO) of 10 kDa are mostly used at commercial scale in order to maximize protein retention. Flux decline and membrane fouling during UF have been studied extensively and the selection of an optimal UF-DF sequence is expected to have a considerable impact on both the process efficiency and the generated volumes of by-products. The objective of this work was to characterize performances of UF-DF process in terms of permeate flux decline, fouling resistance, energy and water consumption and retentate composition as a function of MWCO (10 and 50 kDa) and UF-DF sequence (3.5X – 2 diavolumes (DV) and 5X – 0.8DV). UF-DF experiments were performed on pasteurized skim milk by means of a pilot-scale filtration system operated at 50°C and under a constant transmembrane pressure (TMP) of 465 kPa. Results showed that MWCO had no impact (p>0.05) on permeate flux for a same UF-DF sequence. However, permeate flux values were significantly higher during DF for the 3.5X – 2DV sequence whatever MWCO (p<0.05). Experimental values were used as part of a simulation for the production of high milk protein concentrates in a model dairy plant processing 1500 m3 of skim milk in 20 hours. This work revealed that despite the severe total flux decline occurring during high solid concentration of milk (89% for the 5X – 0.8DV sequence vs. 58% for the 3.5X – 2DV sequence), reducing the DF step could still be of great interest in terms of energy and water consumption. The results generated by this project will benefit dairy processors producing high-milk protein concentrates with regards with their technological choices in a sustainable development perspective. === Diafiltration