Lait 75 (1995) 117-131
DOI: 10.1051/lait:199529

Microfiltration de lactosérum doux sur membranes d'alumine : influence des conditions hydrodynamiques sur le colmatage

M. Pouliot^a, Y. Pouliot^a, M. Britten^b and N. Rodrigue<sup>b

a</sup>  Centre de recherche STELA, département de sciences et technologie des aliments, université Laval, Québec, Canada G1K 7P4
^b  Centre de recherche et de développement sur les aliments, Agriculture Canada, Saint-Hyacinthe, Canada J2S 8E3

(Reçu le 11 juin 1993 ; accepté le 19 janvier 1995)

Abstract - Microfiltration of sweet whey on alumina membranes: influence of the hydrodynamic conditions on the fouling
It is possible to characterize the fouling of a microfilter by evaluating the hydraulic resistance, as made of a series of partial resistances during microfiltration. Different hydrodynamic conditions (4 transmembrane pressures and 3 tangential flows) have been studied during whey microfiltration on a system made of 4 alumina membranes (Ceraflo, 0.22 µm pore diameter) connected in series. The hydraulic resistance of the membranes during concentration was considered to represent the fouling produced by adsorption, pore blocking and concentration polarization. The effects of transmembrane pressure and tangential velocity were analysed in terms of how they affect the fouling. The total fouling was significantly affected by the transmembrane pressure, the volume concentration factor and the tangential flow. The transmembrane pressure represented the most important factor. Bovine serum albumin retention was total, β-lactoglobulin was retained at > 0.55 and α-lactalbumin at 0.40 at the beginning of the filtration. The results were examined in terms of how the fouling could affect the retention of the 3 main whey proteins. Retention was mainly affected by the transmembrane pressure, by the solutes concentration and very little by tangential flow. The geometry of the filter and the experimental results suggest that the fouling is mainly present inside the macroporous matrix. The strong influence of the transmembrane pressure together with the weaker influence of the tangential flow on the parameters under study suggest that fouling is mainly present in depth of the membrane. The fouling would be due to the deposition of protein aggregates produced by the denaturing effect of the shear forces.

Résumé - Il est possible de caractériser le colmatage d'un microfiltre par l'évaluation de la résistance hydraulique décomposée en une série de résistances partielles en cours de microfiltration. Différentes conditions hydrodynamiques (4 pressions transmembranaires et 3 vitesses tangentielles) ont été étudiées lors de la microfiltration de lactosérum pour vérifier leur effet sur le colmatage et la rétention protéique d'un système à 4 membranes de microfiltration en alumine (Ceraflo, 0,22 µm de diamètre de pore) montées en série. Le colmatage total a été significativement affecté par la pression transmembranaire, le facteur de concentration volumique et la vitesse tangentielle. La pression transmembranaire a constitué le facteur le plus important. La rétention (σ) de la sérum albumine bovine était totale, la β-lactoglobuline était retenue à >0,55 et l'α-lactalbumine à 0,40 dès le début de la filtration. La rétention était surtout affectée par la pression transmembranaire et la concentration des solutés et très peu par la vitesse tangentielle. La géométrie du filtre et les résultats expérimentaux suggèrent que le colmatage se situe surtout à l'intérieur de la matrice microporeuse à cause de la forte influence de la pression transmembranaire et de la faible influence de la vitesse tangentielle. Le colmatage serait dû à la déposition d'agrégats protéiques sous l'effet dénaturant des forces de cisaillement.

Key words: microfiltration / ceramic membrane / fouling / whey / hydraulic resistance / protein retention / hydrodynamic conditions

Mots clés : microfiltration / membrane céramique / résistance hydraulique / rétention protéique / colmatage / lactosérum / conditions hydrodynamiques