Brevet FR2439554A1 — publié le 19800523

La présente invention a trait à un procédé de récupération des protéines du lait. Les procédés traditionnels de récupération ou de séparation des protéines du lait font appel à des technologies basées sur la coagulation de la caséine, à l'aide par exemple de présure animale ou microbienne, ou par acidification biologique ou chimique. Ces procédés présentent les inconvénients mentionnés ci-après - non-rétention des protéines sériques et habituellement pertes de celles-ci; - présence de résidus acides; - sous-produits fortement polluants (petits-laits); - valorisation difficile de ces sous-produits (petits-laits acides par exemple); - souvent goût désagréable des caséines, après séchage; - difficultés de manipulation des caséines après coagulation. D'autres procédés consistent à séparer les protéines des autres constituants du lait par ultrafiltration, ces protéines étant alors récupérées dans l'état où elles se trouvent dans le lait, c'est-à-dire à l'état non dénaturé. Cette dernière caractéristique introduit des contraintes importantes au niveau de la conduite de l'ultrafiltration qui se voit limitée à de petits débits, à de petites gammes de températures et exposées à des risques de colmatage, bref à des rendements relativement modestes. En outre, les membranes d'ultrafiltration doivent être lavées très fréquemment. Le procédé selon l'invention a pour conséquence de contourner ces difficultés tout en procurant des avantages considérables et inattendus. Selon ce procédé, on soumet un lait à un traitement thermique permettant une dénaturation partielle des protéines qu'il contient, on sépare celles-ci des autres constituants non gras du lait par ultrafiltration, lesdites protéines se retrouvant dans la fraction rétentat, puis on fait subir au rétentat un traitement thermique complémentaire de dénaturation des protéines. En d'autres termes, le procédé selon l'invention se caractérise par une suite de trois opérations - un traitement thermique du lait, écrémé ou entier, pré-concentré si désiré, thermiquement, par ultrafil tration ou par hyperfiltration, ce lait pouvant être un lait de reconstitution, - l'ultrafiltration du lait ainsi traité, - un traitement thermique du rétentat obtenu. Pour simplifier la suite de l'exposé, et eu égard à l'effet thermique sur les protéines, ces trois opérations seront désignées respectivement par "pre-dénaturation", "ultrafiltration" et "post-dénaturation". La pré-dénaturation des protéines, provoquée par la chaleur, peut etre accomplie de diverses façons, par exemple à haute température vers 100 à 180 0C pendant 5 secondes à o 2 minutes ou à température plus basse vers 85 à 100 C pendant 10 secondes à 50 minutes, les taux de dénaturation variant entre 20 et 60 %. On a remarqué que la pré-dénaturation a pour conséquence de précipiter les protéines thermosensibles et de les fixer sur les micelles de caséine, ce qui réduit considérablement leur sensibilité aux traitements technologiques ultérieurs, séchage par exemple, et sauvegarde leur qualité nutritionnelle (inhibition de la réaction de Maillard). L'opération d'ultrafiltration peut être effectuée, comme cela est bien connu, en circuit fermé, par l'interme- diaire d'une cuve-tampon dans laquelle le rétentat est recyclé. Elle peut également être effectuée à l'aide de plusieurs membranes ou modules d'ultrafiltration disposés en série . La teneur en protéines du lait s'élève graduellement, jusqu'à par exemple une teneur de 10 à 13 % et si désiré jusqu'à 25 %, teneur que l'on peut atteindre sans difficultés majeures. La teneur des autres constituants du lait restant inchangée, c'est dire que la proportion relative de protéines a été fortement augmentée. Si on souhaite récupérer des pro téines dont la teneur résiduelle en lactose et sels minéraux est abaissée en valeur absolue, on dilue le rétentat en cours d'ultrafiltration. Cette technique d'ultrafiltration avec dilution simultanée est parfois appelée "diafiltration". L'agent de dilution, essentiellement de l'eau, de l'eau acidifiée ou du petit-lait, est ajouté dans la cuve-tampon, ou entre deux modules d'ultrafiltration successifs. La température à laquelle on exécute l'ultrafiltration peut être choisie librement, d'autant que les protéines du lait ayant déjà été traitées thermiquement, on n'a guère à craindre d'influences nocives de la chaleur sur celles-ci. Pour des raisons tenant à la fois à l'obtention de grandes vitesses d'ultrafiltration (taux de perméation élevés) et de sécurité bactériologique, on ultrafiltre avantageusement à une température comprise entre 50 et 900C. La post-dénaturation des protéines par la chaleur, appliquée au rétentat, peut être réalisée de la même façon que la pré-dénaturation, par exemple à haute température o vers 100 à 180 C pendant 5 secondes à 20 minutes ou à tempé o rature plus basse vers 85 à 100 C pendant 10 secondes à 50 minutes. Les conditions des traitements thermiques de pré- et post-dénaturation peuvent être croisées, par exemple pré-dénaturation 100/1800C, 5 s/2 mn et post-dénaturation 85/1000C, 10 s/50 mn ou encore predénaturation 85/lOOt 1O s/2 mn et post-dénaturation 100/180 C, 5 s/20 mn. On a d'ailleurs constaté que le taux de dénaturation obtenu par la post-denaturation est, à conditions égales, plus élevé suite de la plus faible teneur en lactose du produit traité, lactose qui joue un rôle protecteur anti-dénaturant vis-à-vis des protéines. En outre, une faible teneur en lactose signifie de faibles risques de réaction de Maillard. Les taux de dénaturation totale résultant de la combinaison de la pré-dénaturation et de la post-dénaturation après ultrafiltration peuvent être très hauts et proches du maximum théorique possible (de l'ordre de 95 %). Au chapitre des avantages du procédé selon l'invention, on peut énumérer les éléments suivants - aisance à traiter des laits entiers, lesquels indus triellement sont toujours très délicats à ultrafiltrer, l'ultrafiltration pouvant être conduite à plus haute température et plus haut débit; - récupération directe de la totalité des protéines du lait; - meilleure réduction de la population microbienne des protéines recueillies, due au double traitement thermi que de dénaturation et post-dénaturation; - meilleure protection de la lysine, ee qui est un facteur essentiel de la valeur nutritionnelle; - traitement global plus doux par rapport à un traite ment en une étape, la post-dénaturation étant plus efficace à conditions égales ou requérant des condi tions plus douces pour une efficacité égale;; - taux de perméation (donc rendements) plus élevés, de 80 à 400 %, que les taux de perméation praticables lorsque les protéines du lait ne sont pas pré-dénatu rées. Selon un mode d'exécution préféré du procédé selon l'invention, on procède à la dénaturation des protéines d'un o lait entier ou écrémé par traitement thermique à 95 - 100 C pendant 10 à 30 minutes, soit dans un échangeur de chaleur, soit par injection de vapeur et stockage dans une cuve, ou o o 120 C à 160 C pendant 10 secondes à 2 minutes, soit dans un échangeur de chaleur, soit par injection directe de vapeur avec attente en tube. Le lait ainsi traité est alors ultrafiltré à une o température comprise entre 55 et 75 C. En cas de besoin, le rétentat est dilué à l'eau en cours d'ultrafiltration, ou encore à l'eau acidifiée ou au petit-lait. On fait subir ensuite au rétentat un traitement thermique de post-dénaturation, identique ou différent du traitement thermique appliqué au lait de départ avant ultrafiltration. Les protéines obtenues qui peuvent être séchées se distinguent par leur haute qualité et par une composition pouvant varier dans de très grandes limites en fonction du mode de dénaturation et du type d'ultrafiltration utilisés. On peut notamment obtenir les protéines dont les teneurs résiduelles en lactose et sel sont remarquablement basses. Ces protéines trouvent tout naturellement leur utilisation en diététique, spécialement en diététique infantile. Des indications à ce sujet seront données dans les exemples qui suivent, dans lesquels les pourcentages sont exprimés en valeur pondérale et sur base de matières sèches. Exemple 1 On fait passer un lait écrémé ayant subi un traitement thermique de pré-dénaturation à 950C pendant 10 s, puis refroidi à 550C, à travers un module d'ultrafiltration ABCOR équipé de membranes HFM 180 SG. On poursuit l'ultrafiltration jusqu'à l'obtention d'un rapport de concentration de 3 fois. Dans ces conditions, le débit d'ultrafiltration (produit traité exprimé en l/m2/h) est de 50 1/m2/h avec un rapport protéines/lactose de l'ordre de 2. On applique alors un nouveau traitement thermique de post-dénaturation à 1400C pendant 60 s. On obtient un rétentat avec la composition suivante matières sèches 14,14 % azote total 1,26 % azote non caséique 0,24 % lactose 4,26 % cendres 1,10 % calcium 0,21 % On relève aussi, qu'après la pré-dénaturation, le pourcentage de protéines dénaturées sur les protéines totales est de 25. La post-dénaturation porte cette dénaturation à 90 %. Exemple comparatif On fait passer un lait écrémé sans pré-dénaturation sur un module ABCOR, équipé de membranes HFM 180 SG à une température de 550C. Après 3 h de marche le débit d'ultrafiltration 2 se situe à moins de 30 1/m2/h. Exemple 2 On fait passer un lait entier, après traitement thermique de pré-dénaturation à 1150C pendant 10 s, refroidi à 750C, à travers un module UF ABCOR équipé de membranes HFM 180 SG. On poursuit l'ultrafiltration jusqu'à un rapport de concentration de 2,5 fois. Dans ces conditions, le débit d'ultrafiltration est à 60 l/m2/h avec un rapport protéines/ lactose de 1,4. On procède alors à un nouveau traitement thermique de post-dénaturation à 950C pendant 30 mn. Après la première dénaturation on obtient 22 % de protéines dénaturées sur protéines totales. La post-dénaturation porte cette dénaturation à 92 %. Exemple comparatif On fait passer un lait entier sans pré-dénaturation sur un module ABCOR, équipé de membranes HFM 180 SG à une température de 750C. Après 2 h de fonctionnement le débit d'ultrafil 2 tration se situe à moins de 15 1/m2/h. Exemple 3 On fait passer un lait écrémé ayant subi un traitement o thermique de pré-dénaturation à 120 C pendant 10 s, puis refroi- di à 55 0C, au travers d'un module d'ultrafiltration ABCOR équi pé de membranes HFM 180 SG. On réduit le volume de 3 fois, puis on procède à la dilution du rétentat avec de l'eau en alimentant avec de l'eau en quantité égale au perméat éliminé. Le débit d'ultrafiltration/diafiltration est de 33 l/m2/h et le rétentat obtenu après diafiltration a un rapport protéines/lactose de 6,45. On procède alors à la post-dénaturation à 110 0C pendant 10 s, ce qui donne un taux de dénaturation de 91 %, la composition s'établissant comme suit matières sèches 10,50 % azote total 1,27 % azote non caséique 0,20 % lactose 1,26 % cendres 0,78 % calcium 0,18 % Exemple comparatif On procède comme pour l'exemple 3 mais sans pré-dénaturation. On obtient un débit d'ultrafiltration/diafiltration de 19 1/m2/h seulement. E x e m p 1 e 4 On procède comme décrit à l'exemple 3 mais on dilue (diafiltre) avec une eau acidifiée à l'acide lactique, en maintenant le pH du rétentat constant à 6,00. On obtient alors un rétentat auquel on applique un traitement thermique à 95 0C pendant 10 s. Le produit obtenu, qui a la composition suivante matières sèches 10,60 % azote total 1,29 % azote non caséique 0,21 % lactose 1,17 % cendres 0,65 % calcium 0,12 % est partiellement décalcifié. I1 a un rapport protéines/ lactose de 7,05 pour un taux de dénaturation de 90 %. Exemple 5 On procède comme pour l'exemple 3 mais on dilue (diafiltre) avec un lactosérum doux dénaturé à 6 % de matières sèches. On diafiltre 2'000 1 de lait départ avec 2'300 1 de lactosérum, le rapport de concentration étant de 3. Après post-dênaturation, comme indiqué dans cet exemple 3, on obtient un rétentat avec un rapport caséine/lactalbumine de 2. Le rapport protéines/lactose est de 1,93. Exemple 6 On reconstitue à partir de lait écrémé en poudre et d'eau un lait ayant une teneur en matières sèches de 10 %. On procède à une dénaturation à 950C pendant 10 s. On refroidit à 550C et on passe à travers un module d'ultrafiltration ABCOR, membranes HFM 180 SG. On poursuit la concentration jusqu'à une réduction de volume de 3 fois. Dans ces conditions le débit d'ultrafiltration est de 61 l/m2/h, avec un rapport protéines/ lactose de 2 dans le rétentat. On procède alors à une post-dénaturation à 1400C pendant 60 s et on obtient un taux de dénaturation de 93 %. Exemple 7 On reconstitue un lait à partir d'eau et d'une poudre de lait ayant subi lors de sa préparation un traitement de dénaturation correspondant au traitement thermique de prédénaturation. On continue alors comme décrit dans l'exemple 6 pour ce qui est de l'ultrafiltration et de la post-dénaturation et on obtient un produit final très semblable au produit de cet exemple. Exemple 8 On concentre par hyperfiltration un lait écrémé jusqu'à une teneur en matières sèches de 20 %. On obtient un concentré (1'000 1) que l'on traite thermiquement à 950C o pendant 10 s, puis on diafiltre directement à 55 C avec 1'500 1 d'eau en tenant le niveau constant. Le rapport protéines/lactose obtenu est de 1,2, le débit d'ultrafiltration étant de 26 1/m2/h. On effectue alors une post-dénaturation à 1400C pendant 60 sec, ce qui donne un taux de dénaturation de 91 %. Exemple 9 Le produit obtenu à l'exemple 4 est, après ajustement du pH à 5,2 et standardisation en matières grasses, séché par atomisation. La poudre obtenue possède des caractères intéressants; en particulier, après reconstitution à chaud, elle donne une texture filante et filandreuse et peut remplacer avantageusement le fromage du type Mozzarella. E x e m p 1 e 10 On prépare un produit diététique infantile par mélange de farine de blé, de saccharose, d'huile végétale et du produit de l'exemple 1. Le mélange, pâteux, est alors séché sur rouleaux et on obtient un produit qui a une valeur nutritionnelle remarquable et constitue une excellente farine de sevrage. Le taux de lysine disponible est élevé, la valeur mesurée étant de 4,2 %, exprimée en rapport lysine/protéines totales. E x e m p 1 e 11 On fait passer un lait entier ayant subi un traitement thermique de 1150C pendant 10 s, puis refroidi à 650C, dans un module d'ultrafiltration jusqu'à une réduction de volume de 2,5 fois. On effectue un nouveau traitement thermique de 950C pendant 10 s. Le produit obtenu peut être utilisé tel quel dans la fabrication de fromages, notamment de fromages du type pâte molle (Brie, Camembert, etc.). On peut également le sécher par atomisation et la poudre obtenue peut être ajoutée au lait, en période de sous-production, afin de standardiser et de régulariser la fabrication. Le rendement fromager est nettement augmenté par suite d'une bonne rétention des protéines sériques. REVENDICATIONS 1. Procédé de séparation des protéines du lait, caractérisé par le fait qu'on soumet un lait à un traitement thermique permettant une dénaturation partielle des protéines qu' il contient, qu'on sépare celles-ci des autres constituants non gras du lait par ultrafiltration, lesdites protéines se retrouvant dans la fraction rétentat, puis qu'on fait subir au rétentat un traitement thermique complémentaire de dénaturation des protéines. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le lait est un lait écrémé. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le lait est un lait entier. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le lait est un lait concentré thermiquement, par ultrafiltration ou par hyperfiltration. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on sépare les protéines des autres constituants non gras du lait par ultrafiltration avec dilution. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'on sépare les protéines des autres constituants non gras du lait par ultrafiltration avec dilution en maintenant constant le volume du.rétentat. 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'on sépare les protéines des autres constituants non gras du lait par ultrafiltration avec dilution à l'eau, à l'eau acidifiée ou au petit-lait. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le traitement thermique avant ultrafiltration est o réalisé vers 100 à 180 C pendant 5 secondes à 2 minutes ou vers 85 à 1000C pendant 10 secondes à 50 minutes. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le traitement thermique après ultrafiltration est o réalisé vers 100 à 180 C pendant 5 secondes à 20 minutes ou vers o 85 à 100 C pendant 10 secondes à 50 minutes. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on ultrafiltre à une température comprise entre 50 et 900C. 11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on récupère les protéines à l'état sec, en séchant le rétentat après traitement thermique. 12. Protéines du lait, récupérées par le procédé selon la revendication 1. 13. Utilisation des protéines du lait récupérées par le procédé selon la revendication 1, comme ingrédient dans les produits infantiles et diététiques. 14. Utilisation des protéines du lait récupérées par le procédé selon la revendication 1, comme ingrédient dans la fabrication de fromage.