Lait 76 (1996) 283-301
DOI: 10.1051/lait:1996323

Intérêt de la nanofiltration dans la production de poudres de lactosérum déminéralisées

R. Jeantet, P. Schuck, M.H. Famelart and J.L. Maubois

Laboratoire de recherches de technologie laitière, Inra, 65, rue de Saint-Brieuc, 35042 Rennes cedex, France

(Recu le 19 septembre 1995 ; accepte le 20 decembre 1995)

Abstract - Nanofiltration benefit for production of spray-dried demineralized whey powder.
The benefit of nanofiltration membrane process (NF) is evidenced for production of demineralized acid casein whey spray-dried powder. At volume concentration ratio VCR = 4, NF enables whey concentration up to 19-21 % dry matter, with simultaneous demineralization in the 40-48 % range and lower protein losses than reported for electrodialysis and ion exchange. The selective separation of charged species leads to 53-86% (with diafiltration) monovalent ion reduction and 3-7% (with diafiltration) divalent ion reduction. Monovalent ion transmission would be mainly governed by Donnan dialysis effect. The spray-drying of nanofiltered acid whey is improved compared to the reference whey, in terms of powder quality, process efficiency and energy consumption. The reduction of mineral content leads to an increase in lactose crystallization yield of 31% without diafiltration, to 60% with diafiltration. So, the hygroscopicity of whey powder is two times lower with nanofiltration, and three times lower with nanofiltration diafiltration. Moreover, incorporation of NF into current industrial process enables 44% energy savings. These benefits should contribute to a fast penetration of nanofiltration technology in the world dairy industry.

Résumé - Cette étude a pour objectif de montrer l'intérêt de la nanofiltration sur membrane (NF) dans la production de poudres de lactosérum acide de caséinerie chlorhydrique déminéralisées. La NF permet d'obtenir à un facteur de concentration volumique égal à 4 un concentré de 19-21 % de matière sèche, déminéralisé de 40 à 48 %, avec des pertes en protéines inférieures à celles observées en électrodialyse et en échange d'ions. La forte sélectivité de cette déminéralisation se traduit par la réduction de 53 à 86 % (avec diafiltration) des ions monovalents et de 3 à 17 % (avec diafiltration) des ions divalents d'intérêt nutritionnel. La transmission des ions monovalents serait régie principalement par effet de dialyse de Donnan. L'aptitude au séchage par atomisation du lactosérum acide déminéralisé par NF est améliorée par rapport au témoin, au plan de la qualité de la poudre obtenue, de la facilité de mise en oeuvre et du coût énergétique des opérations technologiques réalisées. La réduction des teneurs en minéraux monovalents serait responsable de l'amélioration du rendement de cristallisation du lactosérum de 31 % sans diafiltration à 60 % avec diafiltration. De ce fait, l'hygroscopicité des poudres obtenues après NF est deux fois à trois fois inférieure (avec diafiltration) à celle de la poudre témoin. Enfin, l'introduction d'une étape de NF se traduit par une diminution de 44 % de l'énergie totale consommée (installation industrielle). Ces éléments devraient largement contribuer au développement du procédé dans l'industrie laitière.

Key words: nanofiltration / vacuum evaporation / spray-drying / acid whey / demineralization / hygroscopicity / crystallization / powder

Mots clés : nanofiltration / évaporation sous vide / séchage / lactosérum acide / déminéralisation / cristallisation / hygroscopicité / poudre