Whey microfiltration performance: influence of protein concentration by ultrafiltration and of physicochemical pretreatment

Abstract - Microfiltration with membranes of 0.2 μm pore size was used to clarify and defat whey previously ultrafiltered at various volume concentration ratios (VCR, 1-5.5). Physicochemical pretreatment of whey combining calcium addition (in order to reach a final concentration in the range 1.3-3.3 g.kg^-1), pH increase to 7.3 and a heat treatment (60°C, 10 min) were carried out. The efficiency of microfiltration, performed at a constant permeation flux, was compared with centrifugation. Pretreatment of retentate concentrated to a VCR of 5.5, led to poor hydraulic performance: a continuous increase in transmembrane pressure (TP) over the whole run (60 min) from 0.05 to 0.15 MPa brought evidence of rapid membrane fouling. A low total nitrogen matter recovery (TNMr) of 0.41 was obtained. Pretreatment of VCR 2.5 and VCR 4.0 retentates allowed higher TNMr (0.65) and better hydraulic performance, ie slower TP increase to be obtained. With no physicochemical pretreatment, VCR 2.5-4.0-5.5 retentates led to improved hydraulic performance and higher TNMr (0.90).

Résumé - Optimisation de la microfiltration du lactosérum. Influence de la concentration par ultrafiltration et des prétraitements physicochimiques de clarification
Un lactosérum préalablement ultrafiltré jusqu'à des facteurs de concentration volumiques (FCV) de 2,5 ; 4,0 ; 5,5 a été microfiltré avec une membrane ayant une taille moyenne de pores de 0,2 μm. Un prétraitement physicochimique de clarification était effectué dans certains essais (addition du calcium jusqu'à une teneur finale de 1,3 à 3,3 g.kgr^-1, augmentation du pH jusqu'à 7,3 suivie d'un traitement thermique a 60°C pendant 10 min). Les performances hydrauliques de microfiltration et les taux de perméation des constituants du lactosérum ont été étudiés sur une installation fonctionnant à flux de perméation constant. Le prétraitement appliqué à un lactosérum à FCV 5,5 conduit à des performances hydrauliques faibles : une augmentation continue de la pression transmembranaire pendant toute la durée de l'essai (60 min) de 0,05 à 0,15 MPa est un indice du colmatage rapide de la membrane. Le rendement en matière azotée totale (MAT) est également bas : 0,41. Le prétraitement appliqué au lactosérum à FCV 2,5 ou 4,0 conduit à des rendements en MAT plus élevés (0,65) et à de meilleures performances hydrauliques. C'est en l'absence de prétraitement que les 3 types de lactosérum (FCV 2,5 ; 4,0 ; 5,5) ont donné les meilleures performances hydrauliques et les rendements en MAT les plus élevés (0,90).