La transformation des produits laitiers est souvent présentée comme une succession d'étapes : transformation du lait, fabrication du fromage, gestion du lactosérum, production de lactose, traitement des eaux usées. En réalité, toutes ces étapes sont interdépendantes. Chaque étape a un impact direct sur la suivante.
Les membranes interviennent tout au long de la chaîne. Elles servent à séparer, concentrer et récupérer des composants précieux à différentes étapes, depuis la première manipulation du lait jusqu'au traitement final des effluents. Pour bien comprendre leur rôle, il est plus facile de suivre le processus du début à la fin.
En commençant par le lait
Le lait cru subit d'abord des étapes de clarification, de séparation et de pasteurisation. Ces étapes préparent le lait pour les transformations suivantes, qu'il s'agisse de lait liquide, de fromage ou d'ingrédients.
Les membranes ne sont pas toujours nécessaires à ce stade, mais elles deviennent importantes lorsque les transformateurs souhaitent un contrôle plus précis de la composition. La microfiltration (MF) permet d'éliminer les bactéries ou de séparer les flux riches en caséine. L'ultrafiltration (UF) permet de concentrer les protéines ou de standardiser la teneur en matières sèches du lait avant les étapes de transformation ultérieures ou la production de lait riche en protéines destiné à la consommation. L'osmose inverse (OI) est parfois utilisée pour éliminer l'eau et préconcentrer le lait avant évaporation.
À ce stade, les membranes contribuent à la mise en forme du matériau de départ. Au lieu de se fier uniquement aux procédés thermiques, les transformateurs peuvent ajuster plus précisément la teneur en protéines, en matières grasses et en eau avant de poursuivre le processus.
Passage au lactosérum
Une fois le lait transformé en fromage ou en produits à base de caséine, la majeure partie de son volume devient du lactosérum. Ce liquide contient encore une grande partie des nutriments d'origine, notamment des protéines et du lactose ; il est donc trop précieux pour être considéré comme un déchet.
C’est là que les membranes deviennent essentielles au procédé. Les membranes d’ultrafiltration sont largement utilisées pour produire des concentrés de protéines de lactosérum en retenant les protéines tout en laissant passer le lactose et les minéraux. Cette étape de séparation génère deux flux utiles : un rétentat riche en protéines et un perméat riche en lactose.
À partir de là, les transformateurs peuvent poursuivre le raffinage de la fraction protéique par des étapes membranaires supplémentaires telles que la diafiltration et la nanofiltration (NF). L'objectif est d'atteindre des concentrations protéiques spécifiques tout en préservant la qualité du produit, notamment pour la production de produits à concentration plus élevée comme l'isolat de protéines de lactosérum (WPI), qui nécessite généralement une NF après l'ultrafiltration (UF) afin d'optimiser la concentration protéique.
Dans certains procédés, les membranes sont également utilisées en amont pour produire directement à partir du lait des effluents similaires au lactosérum. Dans ces systèmes, la microfiltration sépare la caséine d'un perméat contenant des protéines de lactosérum, du lactose et des minéraux. Ce perméat peut ensuite suivre le même parcours que le lactosérum traditionnel.
Du lactosérum au lactose
Le perméat restant après la concentration des protéines n'est pas qu'un simple sous-produit. C'est le point de départ de la production de lactose.
Pour que le lactose soit commercialement exploitable, les transformateurs doivent le concentrer et le purifier avant la cristallisation. C'est là qu'interviennent la nanofiltration (NF) et l'osmose inverse (OI). L'OI élimine l'eau pour augmenter la concentration en matières sèches, tandis que la NF contribue à réduire la teneur en minéraux tout en limitant les pertes de lactose. Ces étapes de filtration membranaire améliorent l'efficacité des phases ultérieures de la production de lactose, notamment l'évaporation et la cristallisation. Au moment d'atteindre ces procédés thermiques, le flux est déjà plus concentré et mieux adapté à la récupération.
Dans les laiteries modernes, cette approche permet de récupérer les protéines et le lactose successivement, au lieu de les laisser s'affronter dans le même flux. Cette séparation est rendue possible par l'utilisation de membranes.
Se terminant par des effluents
Même après récupération des protéines et du lactose, il reste des flux résiduels à gérer. Il s'agit notamment des solutions de nettoyage, des eaux de rinçage et des flux de procédé à faible valeur ajoutée contenant des matières organiques et des solides dissous résiduels.
L'utilisation des membranes se développe également dans ce domaine. L'ultrafiltration (UF), la nanofiltration (NF) et l'osmose inverse (OI) permettent de réduire la charge des systèmes de traitement en aval ou de préparer l'eau pour sa réutilisation. Ceci a des conséquences importantes sur les coûts et l'exploitation. Traiter moins d'eaux usées diminue les dépenses liées à l'élimination et au traitement. La réutilisation de l'eau peut réduire la demande en eau douce. Elle contribue également à stabiliser le fonctionnement de la station d'épuration en réduisant sa dépendance aux ressources externes.
Dans de nombreux cas, l'amélioration de la séparation en amont facilite le traitement en aval. Lorsque moins de matières organiques atteignent l'effluent, le système global devient plus efficace.
Où ZwitterCo trouve sa place
Tout au long de ces étapes, un problème se pose de manière récurrente : l’encrassement. À mesure que les flux se concentrent, les matières organiques s’accumulent à la surface de la membrane, formant une couche de gel qui réduit le flux et rend le nettoyage plus difficile.
Les membranes Evolution de ZwitterCo sont conçues pour répondre à ce problème spécifique. Leur chimie zwitterionique crée une surface extrêmement hydrophile qui repousse les polluants organiques et minimise la formation de gel. Ceci favorise un flux durable plus élevé et permet aux membranes de se régénérer plus facilement lors du nettoyage.
En pratique, cela se traduit par des programmes de nettoyage plus courts et plus simples, et par un gain de temps consacré à la production. Les membranes Evolution ont démontré une réduction des coûts de nettoyage, une diminution de la consommation d'eau et de produits chimiques, ainsi qu'une productivité accrue dans les applications laitières.
- Membrane de concentration protéique évolutive (PCM) Elle est utilisée pour la concentration des protéines de lactosérum et de lait, en remplacement des membranes d'ultrafiltration classiques.
- Superfiltration Evolution (SF) Cette membrane est conçue pour les flux à forte teneur en solides et peut remplacer les membranes UF étanches ou les membranes NF ouvertes.
- Évolution RO Il est utilisé dans la concentration du lait écrémé, la concentration du lactose et le polissage des effluents.
Dans un cas de traitement des effluents laitiers , un transformateur a réduit ses coûts de nettoyage des membranes de 57 %, sa consommation de produits chimiques de 65 % et sa consommation d'eau de 36 % après être passé à l'osmose inverse Evolution.
En regardant la chaîne complète
L'essentiel est que les membranes ne sont pas des équipements isolés. Elles assurent la continuité de l'ensemble du processus laitier. La préparation du lait influe sur la composition du lactosérum. Le traitement du lactosérum détermine l'efficacité de la récupération des protéines et du lactose. Ces étapes de récupération ont une incidence sur les effluents qui arrivent au traitement des eaux usées. Chaque étape s'appuie sur la précédente.
L'impact des membranes, évalué sur l'ensemble de la chaîne de production, devient plus évident. Elles permettent de récupérer davantage de produit, de réduire les déchets et de simplifier les opérations. C'est pourquoi leur utilisation ne cesse de se développer, passant d'applications isolées à la conception globale des systèmes de transformation laitière.
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