Lait 72 (1992) 185-199
DOI: 10.1051/lait:1992213

Study of ultrafiltration of defatted whey protein concentrates (WPC) withdrawn from an industrial plant

G. Daufin^a, F. Michel^a and U. Merin<sup>b

a</sup>  INRA, Laboratoire de Recherches de Technologie Laitière, 65, rue de Saint-Brieuc, 35042 Rennes Cedex, France
^b  Dairy Science Laboratory Agricultural Research Organization, The Volcani Center, PO Box 6, Bet Dagan 50280 Israel

(Received 3 January 1991; accepted 20 December 1991)

Abstract - This study deals with the ultrafiltration (UF) of defatted clarified whey protein concentrates (WPC) using inorganic M5 Carbosep membranes. Based on a prior knowledge of operating conditions and performance of an industrial 4-stage UF plant (150 m²), an experimental laboratory study was carried out using a monotube rig (2.26 x 10^-2 m²) and feed withdrawn from the industrial plant. Flux (J) versus transmembrane pressure (TP) has shown that membrane permeability is significantly improved after defatting clarification (thermocalcic treatment followed by microfiltration). Moreover, no marked limiting fluxes were noted, particularly over a sufficient tangential flow-rate (4.5 or 5.5 m.s^-1), so that the membrane could operate at higher fluxes. UF at fluxes equal to those performed by the equipment have confirmed the forecast. Four fouling regimes have been found, which depend on flux, protein concentration, tangential flow rate and the nature of the fouling components (protein adsorption; insoluble salt precipitates on and in the membrane). Reversible phenomena are the major contributors to pressure increase at constant flux but irreversible fouling, Rif, and its alteration rate determine either the stability of UF operating conditions or their divergence which result in an increasingly rapid TP.

Résumé - Ultrafiltration de concentrés de protéines de lactosérum délipidé produits industriellement
Ce travail est consacré à l'étude de l'ultrafiltration de concentrés de protéines de lactosérum délipidé sur une membrane inorganique Carbosep (M5). Il repose sur l'analyse des performances d'une installation industrielle et la simulation du fonctionnement de chacun de ses 4 étages à l'aide d'une boucle de laboratoire. Les caractéristiques flux, J (pression transmembranaire, PT) révèlent l'absence de flux limite significatif, en particulier, aux vitesses d'écoulement tangentiel choisies industriellement (4,5 et 5,5 m.s^-1 selon la concentration en protéines). Quatre allures de colmatage régissent le fonctionnement de la membrane en fonction du temps et permettent de faire des prévisions sur les durées de fonctionnement et les flux qui pourraient être visés. Les phénomènes de colmatage réversibles sont dominants mais l'évolution du système d'ultrafiltration au cours du temps est gouvernée par l'augmentation de l'encrassement irréversible (adsorption de protéines, précipités de sels insolubles).

Key words: ultrafiltration / defatted whey protein concentrate / fouling / tangential flow rate / inorganic membrane

Mots clés : ultrafiltration / concentré de protéines de lactosérum délipidé / colmatage / membrane inorganique / vitesse de filtration tangentielle