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Étude des performances du procédé d'ultrafiltration lors de la concentration d'un lait traité par hautes pressions hydrostatiques

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2017
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L’ultrafiltration (UF) est utilisée en industrie laitière pour la production de concentrés protéiques laitiers. Récemment, des études ont démontré que l’utilisation des hautes pressions hydrostatiques (HPH) permet d’améliorer la durée de vie du lait mais a un effet important sur les protéines (diminution de la taille des micelles de caséine, dénaturation/agrégation des protéines sériques). Ces effets peuvent ainsi altérer les performances du procédé d’UF. Cette étude avait donc pour but de déterminer l’impact d’un prétraitement du lait par HPH (300 et 600 MPa, 5 min) sur les performances du procédé d’UF. L’effet des HPH a d’abord été étudié sur les différentes fractions protéiques du lait. Ensuite, l’UF a été réalisée en mode recirculation totale afin de déterminer les paramètres de filtration optimaux et l’effet des HPH sur les valeurs de flux critiques et limites. Des filtrations en mode concentration ont également été réalisées afin d’évaluer l’effet des HPH sur les flux de perméation et le colmatage. Il a été observé que la taille des micelles de caséine diminue de 32% et 38% et le taux de dénaturation de la bêta-lactoglobuline (β-LG) atteint 30% et 70% après une pressurisation respective à 300 et 600 MPa durant 5 min. En mode recirculation totale, et comparativement au lait témoin, les flux de perméation ont diminué de 25% suite à la filtration des laits pressurisés. En mode concentration, les flux initiaux étaient 30% plus faibles pour les deux traitements HPH comparativement au lait témoin. Le calcul des résistances membranaires a montré un colmatage irréversible plus important à 600 MPa. Finalement, une caractérisation de la couche de colmatage a permis de confirmer que la caséine et la β-LG étaient responsables des baisses de flux. Les résultats démontrent ainsi qu’un traitement HPH altère drastiquement les performances d’UF et modifie la composition de la couche colmatante.
In dairy industry, ultrafiltration (UF) is largely used to produce milk protein concentrates. Recently, it was demonstrated that high hydrostatic pressure (HHP) extended shelf-life of milk but decreased the casein micelle size and induced denaturation and aggregation of whey proteins. Therefore, these modifications could negatively impact UF performances. Consequently, this study aims to determine the impact of skim milk pre-treatment by HHP (300 and 600 MPa, 5 min) on UF performances. Firstly, impact of HHP was studied on proteins which composed the colloidal and serum phases. Afterwards, UF was performed in full recycle mode to determine optimal parameters for the concentration mode and to characterize the impact of pressurization on critical and limiting fluxes. Then, pressure-treated milks were ultrafiltrated in concentration mode to evaluate permeate flux decline and fouling phenomenon. It was observed that casein micelle size decreased by 32% and 38% while β-LG denaturation reached 30% and 70% at 300 and 600 MPa during 5 min, respectively. During pressure-treated milk concentration by UF, initial fluxes were 30% lower at 300 and 600 MPa compared to control. Moreover, hydraulic resistance of membrane indicate a significant irreversible deposition for milk treated at 600 MPa. Finally, the characterization of the fouling layer confirmed that casein and β-LG proteins represented major fouling species at membrane surface after UF of pressure-treated milks, especially at 600 MPa. Consequently, our results demonstrated that HPP treatment of skim milk had major negative impact on UF performance and modified the composition of membrane fouling layer.
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