Brevet FR2175877A1 — publié le 19731026

L'invention, due à Arie KUIPERS, a pour objet un procédé de fabrication d'un concentré de protéine de lait, approprié en particulier à la fabrication de fromage. On a déjà proposé de soumettre le lait ou le lait écrémé à l'ultrafiltration et produire ainsi un concentré de protéine, dont la composition, exempte de matières grasses, correspond à celle d'un fromage mou ou frais. On peut transformer ce concentré de protéine directement en fromage par égouttage, avec séparation de petit-lait, en quantité peu abondante mais riche en protéine. Ce procédé présente des inconvénients : en effet la viscosité de la fraction protéinique, appauvrie en sérum, s'accrort de manière tis importante au cours de l'ultrafiltration et il apparat des phénomènes de polarisation qui ralentissent considérablement la vitesse de passage.Les phénomènes de polarisation ont par exemple pour effet de produire une accumulation partielle de lactose et d'autres produits d'accompagnement de faible poids moléculaire dans la partie du produit qui se trouve retenue, lors de l'ultrafiltration. entre les membranes, et qu'on appellera ci-après "retentat", par opposition au perméat, c'est à-dire la partie du produit qui a traversé les membranes. I1 faut donc poursuivre l'ultrafiltration durant un laps de temps relativement long, ce qui présente également, du point de vue hygiénique, les inconvénients connus (propagation de microorganismes). L'invention a pour but d'éliminer ces inconvénients et de réaliser un procédé amélioré et plus rationnel pour la préparation d'un concentré de protéine à partir de lait, lequel concentré est transformable directement. et sans formation de petitlait, en fromage frais ou mou, par prise et épaississement selon les techniques de l'industrie fromagère. Le procédé selon l'invention pour la préparation. par ultrafiltration de lait, d'un concentré de protéine de lait approprié à la fabrication de fromage est caractérisé par le fait que, par addition continue d'eau au cours de -l'ultrafiltration, on maintient sensiblement constante la teneur en protéine du retentat et qu'on amène ensuite ce retentat à la teneur finale désirée en eau. Par "addition continue d'eau, on entend,dans le cadre de l'inventionssune une addition d'eau en continu ou par portions, effec- tuée de telle façon que la concentration de protéine dans le retentat ne subit pas de modification notable. On maintient par cette addition d'eau la teneur en protéine, ce qui signifie ici la teneur en protéine non dialysable, dans le retentat à une valeur constante dans un intervalle de concentration déterminé. Les intervalles de concentration qui conviennent pour une ultrafiltration optimale dépendent de la nature du produit mis en oeuvre et du dispositif et sont à déterminer dans chaque cas particulier. Il est essentiel pour le procédé selon l'invention que l'état de viscosité du retentat ne dépasse pas, au cours de l'ultrafiltration, une certaine valeur, défavorable à la vitesse de l'ultrafiltration, et qu'on effectue l'ultrafiltration dans un intervalle de concentration en protéine, dans lequel le passage, à travers les membranes, des substances qui accompagnent la protéine soit aussi rationnel que possible. Il résulte de cette condition qu'il faut ajouter l'eau de préférence de façon continue, c'est-à-dire que le procédé permet d'éliminer d'autant plus efficacement les substances qui accompagnent les protéines qu'on s'approche d'un mode opératoire en continu.Il est également essentiel que, dans ce procédé, des phénomènes de polarisation (accumulation de substances de faible poids moléculaire dans le retentat) ne deviennent pas importants. Dans de nombreux cas, notamment quand la teneur en protéine est faible, il suffit que là concentration soit maintenue constante dans l'intervalle de + 20%, autrement dit, la teneur en eau-ou la quantité de retentat peut varier entre ces limites. Dans certains cas, par exemple celui d'un lait ou de concentrés de lait de composition normale, il peut cependant être nécessaire de prévoir des intervalles plus larges ou plus étroits, par exemple 30% ou 10%. D'une façon générale, l'intervalle des variations admissibles est d'autant plus étroit que la concentration en protéine est plus élevée. L'élimination de la quantité d'eau, ajoutée selon le procédé de l'invention. s'effectue ultérieurement de façon connue, par exemple au moyen d'évaporateurs à vapeur descendante. Le procédé connu se distingue donc par le fait qu'on extrait du lait par ultrafiltration aussi bien de l'eau que des subtances d'accompagnement, tandis que selon le procédé de l'invention on n'extrait du lait par ultrafiltration en principe que les substances d'accompagnement. L'élimination de l'eau du retentat obtenu par ultrafiltration conformément à l'invention pose moins de problèmes que dans le cas du lait écrémé tel quel, du fait de l'élimination préalable. assez poussée, de composés de calcium. générateurs d'une augmentation de la viscosité, de lactose, susceptible de la réaction de Maillard, et de sels. Pour obtenir par le procédé connu un concentré de lait écrémé d'une teneur en protéine compa rabe. on doit s'accomoder d'une importante réaction de Maillard accompagnée d'un brunissement des constituants, tandis qu'un concentré de protéine largement débarrassé de lactose reste, au cours de la concentration dans 11 évaporateur sous vide, pratiquement blanc.Des modes particuliers de réalisation de l'inven tiondécrits ci-dessous, permettent même d'abaisser encore la concentration des substances d'accompagnement jusqu'à des valeurs inférieures à celles qu'on peut réaliser par des procédés d'ultrafiltration connus, de sorte que la concentration par évaporation sous vide du concentré de protéine devient encore plus facile. Dans le procédé connu d'ultrafiltration de lait écrémé, il n'est même pas prévu de faire suivre l'ultrafiltration d'une évaporation ,au contraire, on s'accommode du fait que. au cours de la transformation du produit de l'ultrafiltration en fromage, il se produit encore un certain écoulement de petit-lait > écoulement qui > selon le procédé de l'invention. se trouve complètement supprimé. En outre, dans le procédé selon l'invention, le nettoyage des membranes s'effectue sans problème. car on n'a pas à enlever des résidus très visqueux. De ce fait. la quantité d'eau usée par unité de produit se trouve considérablement réduite et on évite en outre des pertes de produit. Le procédé a pour effet dans l'ensemble une importante économie de travail et de matériel. car le mode opératoire décrit permet de diminuer considérablement le temps nécessaire pour l'ultrafiltration. de sorte que > pour un rendement égal, on peut réduire la dimension de l'installation d'ultrafiltration. On peut combiner le procédé selon l'invention à volonté avec des procédés de concentration connus sans qu'il ne perde pour autant ses avantages, tels que l'économie considérable de temps. la diminution ou la suppression complètes des pertes de petit-lait et l'amélioration de la séparation des constituants du lait. Ainsi, on peut faire précéder par exemple l'ultrafiltration par une concentration partielle du lait au moyen d'une évaporation d'eau classique. On peut également commencer par élimi ner une partie des substances d'accompagnement de façon classique au moyen d'une ultrafiltration et poursuivre l'ultrafiltration en ajoutant, à partir d'un degré de concentration estimé optimal > de l'eau en continu.Contrairement au procédé connu. on peut ainsi régler à volonté la composition du concentré de protéine selon l'invention en adoptant une combinaison appropriée d'un mode de concentration classique avec l'ultrafiltration. De mime. on peut ajuster la teneur en eau finale suivant n'importe quel procédé, de préférence par évaporation. On peut couper le concentré de protéine. obtenu selon l'invention après ultrafiltration et concentration ou séchage. avec une quantité calculée de crème pour former ainsi la masse de fromage finie. prête à prendre par épaississement. Une autre possibilité de former la masse de fromage finie consiste à sécher le concentré de protéine, puis à le reconstituer par addition d'une quantité de crème calculée par rapport à la teneur en eau et en matière grasse et à produire ainsi la masse de fromage prête à prendre par épaississement. Il est encore possible. pour augmenter la teneur en matières grasses du concentré de protéine de mettre en oeuvre une émulsion fabriquée au moyen de matière grasse du beurre. Il est également possible d'ajouter au concentré de protéine. avant séchage. la crème ou la matière grasse du beurre et de sécher ensuite l'émulsion formée.Ces derniers modes opératoires offrent par exemple la possibilité de fabriquer du fromage même dans des régions non productrices de lait. On peut finalement encore faire prendre et épaissir > sans addition de crème ou d'autres émulsions contenant de la matière grasse d'origine laitière. des concentrés de protéine destinés à la fabrication de fromage frais à teneur en matière grasse réduite en leur incorporant des ferments et/ou des cultures microbienne d'acidification. Les exemples suivants, non limitatifs, décriront l'invention d'une façon plus détaillée Exemple 1. On soumet à l'ultrafiltration. dans un appareil d'ultrafiltration du commerce. 1000 kg de lait écrémé, contenant 32 kg de protéine non dialysable, 2 kg de protéine dialysable, 48 kg de lactose > 2 kg de substances minérales non dialysables et 5 kg de substances minérales dialysables. Pendant cette opération. on maintient la teneur en eau du retentat pratiquement constante par addition d'eau en continu. Après addition de 1800 kg d'eau. on arrête l'ultrafiltration. On obtient ainsi un retentat contenant 32 kg de protéine non dialysable, 0.33 kg de protéine dialysable, 8 kg de lactose, 2 kg de substances minérales non dialysables et 0,83 kg de substances minérales dialysables.En même temps, on obtient 1000 kg de perméat (c'est la solution contenant les produits ayant traversé la membrane semiperméable) contenant 1,67 kg de protéine dialysable > 40 kg de lactose,et et 4,17 kg de substances minérales. On concentre le retentat dans un évaporateur à vapeur descendante jusqu'à 200 kg (1/5 du poids initial) et on obtient un concentré de protéine dé lait d'une teneur de 16,17X en protéine, de 4.0% en lactose et de 1,42% en substances minérales. On concentre le perméat par évaporation jusqu'à 80 kg (environ 8/100 du poids initial). Exemple 2. On concentre 1000 kg de lait écrémé de façon habituelle par évaporation de l'eau dans un évaporateur à vapeur descendante pour obtenir 500 kg d'un concentré de lait écrémé. Ce concentré contient 32 kg (6,4X) de protéine non dialysable > 2 kg (0.4%) de protéine dialysable. 48 kg (9,6%) de lactose, 2 kg (0,4%) dé substances minérales non dialysables,et 5 kg (1 > 0%) de substances minérales dialysables. On soumet le concentré de lait écrémé > conformément à l'exemple 1. à l'ultrafiltration. et on ajoute 900 kg d'eau. Cette addition d'eau s'effectue de façon qu'on en ajoute des portions de 25 kg (5%) chaque fois que la quantité de retentat a diminué d'environ 3 à 4%. On obtient ainsi finalement 500 kg de retentat contenant 32 kg (6,4%) de protéine non dialysable, 0,33 kg (0,067X) de protéine dialysable. 8 kg (1,6X) de lactose, 2,0 kg (0,49C) de substances minérales non dialysables et 0 > 8 kg (0.1670 de substances minérales dialysables.On concentre ce retentat par évaporation de 300 kg d'eau et on obtient 200 kg d'un concen tr contenant 16,17% de protéine, 1,42% de substances minérales et 4,0X de lactose. Les 900 kg de perméat résultant contiennent 1 > 67 kg (0,18%) de protéine dialysable. 40 kg, (4r45X) de lactose et 4,2 kg (0,46%) de substances minérales. On concentre le perméat par évaporation d'eau jusqu'à formation d'un concentré de 75 kg (1/12 du poids initial). Exemple 3. On concentre, par ultrafiltration. 1000 kg de lait écrémé de la composition indiquée dans l'exemple 1, de façon connue. jusqu'à réduction à moitié. On obtient ainsi 500 kg de retentat contenant 32 kg (6,4%) de protéine non dialysable. 1 kg (0,2%) de protéine dialysable, 24 kg (4,8%) de lactose 2,0 kg (0,4%) de substances minérales non dialysables et 2,5 kg (0,5%) de substances minérales dialysables. En même temps > on obtient 500 kg de perméat contenant 1 kg (0,2%) de protéine dialysable. 24 kg (4,8%) de lactose et 2,5 kg (O.SX) de substances minérales dialysables. En concentrant le perméat jusqu'à 1/11 de son poids initial, on obtient 45 kg d'un produit d'une teneur en matière sèche de 60%. On soumet > selon l'invention, le retentat à l'ultrafiltration en maintenant sa quantité constante par addition d'eau en continu. Après addition d'une quantité totale de 550 kg d'eau, on obtient ainsi 500 kg de retentat contenant 32 kg (6,4%) de protéine non dialysable. 0 > 33 kg (0,067%) de protéine dialysable, 8 kg (1.6%) de lactose > 2,0kg (0,4%) de substances minérales non dialysables et 0,8 kg (0,167%) de substances minérales dialysables. On élimine de ce retentat par évaporation 300 kg d'eau et on obtient 200 kg d'un concentré contenant 16,17% de protéine > 1,42% de substances minérales et 4,0% de lactose. On concentre les 550 kg de perméat résultant. contenant 0,12% de protéine dialysable > 2,9% de lactose et 0,3% de substances minérales, par évaporation de 520.kg d'eau jusqu'à 1/18 du poids initial et on obtient 30 kg d'un concentré à 60% de matière sèche. Exemple 4. On concentre par évaporation 1000 litres de lait écrémé de la composition décrite dans l'exemple 1 jusqu'à 2/5 du volume initial. On obtient ainsi 400 kg de concentré de lait écrémé contenant 8,0% de protéine non dialysable. 0,5% de protéine dialysable, 12% de lactose, 0,5% de substances minérales non dialysables et 1,25% de substances minérales dialysables. On soumet ce concentré de lait écrémé > conformément à l'exemple 1 > à l'ultrafiltration et on ajoute 720 kg d'eau. L'addition d'eau s'effectue de façon continue.On obtient ainsi finalement 400 kg de retentat contenant 32 kg (8,0%) de protéine non dialysable > 0,33 kg (0,083%) de protéine dialysable, 8 kg (2,0%) de lactose, 2,0 kg (0,5X) de substances minérales non dialysables et 0,8 kg (0,21%) de substances minérales dialysables. A partir de ce retentat , on obtient, par évaporation de 200 kg d'eau > un concentré de 200 kg contenant 16,17% de protéine, 1,42% de substances minérales et 4,04: de lactose. Les 720 kg de perméat résultant contiennent 1,67 kg (0,23X) de protéine dialysable. 40 kg (5,55%) de lactose et 4,2 kg (0,58%) de substances minérales. Par évaporation de 645 kg d'eau, on concentre le perméat jusqu'à 10,5/100 du poids initial et on obtient ainsi 75 kg de concentré d'une teneur en matière sé- che de 60%. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède. l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la préparation > par ultrafiltration de lait, d'un concentré de protéine de laitapproprié à la fabrication de fromage. lequel procédé est caractérisé par le fait que. par addition continue d'eau au cours de l'ultrafiltration, on maintient sensiblement constante la teneur en protéine du retentat et qu'on amène ensuite ce retentat à la teneur finale désirée en eau. 2. Procédé selon la revendication 1. caractérisé par le fait qu'on met en oeuvre du lait écrémé. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'on utilise du lait préalablement concentré. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'on utilise du lait déjà partiellement déshydraté par évaporation. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé dents. caractérisé par le fait qu'on établit la teneur en eau finale désirée par évaporation d'eau. 6. Procédé de fabrication de fromage caractérisé par le fait qu'on utilise un concentré de protéine de lait, obtenue selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Concentré de protéine du lait présentant les caractéristiques de celui obtenu par mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.