Brevet FR2608016A1 — publié le 19880617

1. La présente invention a pour objet la fabrication d'un fromage à partir de lait auquel on fait subir une filtration particulière. La fabrication d'un fromage passe par un certain nom- bre d'étapes essentielles bien connues en fromagerie. La pre- mière étape consiste à traiter le lait pour obtenir un caillé lactique. On entend par lait dans la suite de la description et dans les revendications tous les laits d'origine animale ou végétale avec ou sans pré-traitement préalable. Le caillé obtenu fait alors l'objet d'une étape de séparation dite d'égouttage, dans le but de dissocier les caséines précipitées qui forment un coagulum emprisonnant les globules gras ainsi que les protéines sériques qui ont été précipitées,ensem- ble dénommé "fromage" et l'eau de constitution avec les matières solubles non précipitées, notamment les matières azotées solu- bles, le lactose, les sels minéraux, cet ensemble étant dénommé "sérum". Cette opération qui consiste en une séparation gravi- taire au sein du produit réparti en unité de volume réduit est longue et coûteuse et ne peut pas être compatible avec l'indus- trie agro-alimentaire actuelle. 2. On a cherché à améliorer ce type de fabrication en utilisant des centrifugeuses aux perfDrmances classiques mais limitées. Le brevet français n 2 232 999 propose un procédé d'ultrafiltration sur membrane semi-perméable organique permet- tant de récupérer l'intégralité des protéines par passage d'un coagulum classique à travers cette membrane organique. Un tel procédé présente de nombreux inconvénients à commencer par les membranes organiques elles-mêmes utilisées pour sa mise en oeuvre car elles restent sensibles aux paramètres physiques tels que la pression et la température lors du déroulement du procédé ainsi qu'aux paramètres chimiques tels que le pH de certaines acides forts ou bases fortes utilisés lors du netto- yage et/ou de la stérilisation. D'autre part, l'ultrafiltration est une technique qui est limitée avec un produit tel que le caillé car les membranes organiques ont un diamètre de passage ou diamètre de pore qui permet de retenir l'ensem- ble des protéines, donc les protéines non précipitées ce qui conduit à des colmatages rapides des filtres, phénomènes amplifiés par la polarisation au niveau de la membrane organique elle-même. Par ailleurs, il est impossible d'effectuez des décolmatages durant l'opération en continu d'ultrafiltration Ces décolmatages périodiques prévoient donc l'arrêt de l'ins- tallation et -un cycle complet de nettoyage. La présente invention a pour but de proposer un procédé de fabrication d'un fromage et un dispositif associé pour la mise en oeuvre du procédé dont la caractéristique essentielle est de faire subir à du lait une étape de précipi- tation de protéines et de coagulation de la caséine pour obte- nir un caillé, le caillé est alors soumis à au moins une séparation mécanique de microfiltration sur parois céramiques, en continu, cette étape de microfiltration comprenant des 3. décolmatages séquentiels sans interruption de la microfiltra- tion de façon à conserver une pression trans-membranaire très faible. Le décolmatage séquentiel du procédé est effectué par perméation inverse sous haute pression pendant un temps très bref. De même pour limiter la pression trans-membranaire on bride la sortie de perméat de façon à créer une contre-pres- sion. Ce procédé est en outre caractérisé en ce que le caillé est soumis à une thermisation préalable à la microfiltra- tion pour obtenir une précipitation complémentaire des protéines sériques. Le procédé selon l'invention se déroule en faisant circuler le produit en régime laminaire dans les tubes en cérami- que de la cartouche de microfiltration. Selon ce procédé en continu, il est prévu une vitesse comprise entre I et 10 mètres par seconde et de façon préférentielle entre 3 et mètres par seconde. La microfiltration est réalisée de façon étagée afin de tenir compte également de l'augmentation de vis- cosité. Le procédé travaille en pression constante et tempé- ratures dirigées ce qui conduit à prévoir des zones de refroi- dissement destinées à prendre en compte l'échauffement du produit durant sa circulation. Le dispositif permettant la mise en oeuvre du pro- cédé est constitué d'au moins une boucle de microfiltration comportant une cartouche céramique avec une alimentation du produit à l'aide d'un moyen de mise en circulation, une pre- mière sortie de perméat reliée à une cuve de stockage, une dérivation d'une partie du perméat vers une cuve de stockage haute pression, une deuxième sortie de perméat reliée à ladite cuve de stockage haute pression, une sortie de rétentat. Cette boucle de microfiltration est montée en série sur la ligne d'alimentation principale. Ce dispositif comporte en outre une vanne de 4. sectionnement sur la première sortie de perméat, et un moyen de bridage de flux en amont de la dérivation, une vanne de sec- tionnement entre la deuxième sortie de perméat et la cuve de stockage haute pression. Un moyen de contrôle du flux de circu- 3 lation est placé en amont du système de bridage de flux aval et en aval de la vanne de sectionnement amont. Le dispo- sitif est muni également d'un moyen de contrôle de la pression dans la boucle, ce moyen de contrôle de pression pouvant agir sur le moyen de bridage. La cuve de stockage haute pression est alimentée en perméat par la dérivation sur laquelle est disposée une pompe haute pression La cuve de stockage est du type à double fluide dont l'un est compressible par exemple de l'azote. La cuve de stockage peut être également du type à simple fluide reliée à une source haute pression avec soupape de décharge, cette source haute pression pouvant être un réser- voir d'azote auxiliaire. Le dispositif selon l'invention comprend plusieurs boucles de microfiltration montées en dérivation sur une ligne principale. Ce dispositif est décolmaté par perméation inverse haute pression de façon séquentielle par ouverture de la vanne de sectionnement placée sur la deuxième sortie de perméat boucle par boucle avec isolation séquentielle préalable par fermeture de la vanne de sectionnement disposée en amont du moyen de bridage. Les tubes des cartouches d'ultrafiltration montés en faisceaux sont en céramique du type alumine a avec un diamè- tre de pores moyen de 0,2 Nm à 5 lm. Un tel procédé présente l'avantage de rester applica- ble à de nombreux types de fabrications car le passage du perméat, le temps de séjour dans le dispositif, les qualités du produit fini peuvent être contrôlés avec grande précision. Le produit fini présente une structure fine et homogène grâce 5. à une pression trans-membranaire faible et du fait de l'écoule- ment laminaire qui ne portent pas atteinte aux molécules elles- mêmes. Le procédé peut fonctionner sans interruption et la longévité du montage est accrue par l'utilisation d'une céra- mique. Le dispositif peut être nettoyé à la soude à 2 % ou l'acide nitrique fumant supprimant ainsi la nécessité d'utili- ser des produits spécifiques à chaque type de membrane comme cela est le cas lors de l'utilisation de membranes organiques. De plus, la perméation inverse haute pression provoque une dilu- tion négligeable du rétentat puisque le temps de perméation est excessivement bref, ce qui améliore donc le rendement de l'installation. Ce procédé utilisant ce type de décolmatage ne nécessite qu'un encombrement au sol très réduit car les débits par unité de surface sont importants ce qui est essentielle ment dû au caractère fortement hydrophobe de la céramique et à la forte porosité des membranes. Nous allons maintenant décrire le prccédé et le dispositif selon un mode particulier de réalisation de l'inven- tion qui ne saurait être limitatif cette description étant fai- te en relation avec les figures 1 et 2 qui représentent: Figure 1: Synoptique du procédé selon l'invention Figure 2: Dispositif détaillé de microfiltration selon l'invention. Le procédé selon l'invention utilise du lait 1 qui est homogénéisé dans un dispositif homogénéisateur 2 sous double pression et détente. Un tel homogénéisateur évite la remontée des matières grasses et la constitution de double pha- se. La pasteurisation de l'étape 3 est réalisée en température par chauffage entre 85 et 95 durant 2 à 5 minutes en continu. Cette pasteurisation a pour effet de faire précipiter les pro- téines sériques qui sont normalement solubilisées. Le lait pas- teurisé est refroidi en 4 jusqu'à une température de 20 à C et plus particulièrement entre 24 et 28 C, cette 6. température correspondant à la température de coagulation. Des additifs sont ajoutés pour favoriser la coagula- tion des caséines du lait. On peut utiliser de façon connue de la présure et/ou des ferments lactiques, mais aussi la flo- culation par voie chimique notamment par voie acide. Le produit obtenu dénommé caillé lactique a un pH fortement acide inférieur à 4,6. Le coagulum obtenu après le temps de réaction nécessai re en fonction du type de caillé souhaité est soumis à une étape de décaillage par brassage 5 qui permet de préparer une "bouillie" homogène, cette homogénéité étant parfaite à l'ai- de d'un pompage 6 qui met en oeuvre une pompe centrifuge. Cette "bouillie" peut être traitée directement en micr filtration 8 ou faire l'objet d'un traitement supplémentaire de thermisation 7 dont le but est d'améliorer la précipitation des protéines sériques car ces protéines solubilisées ne seraient pas retenues lors de la microfiltration. Cette thermisation consiste en un chauffage à une tem- pérature comprise entre 55 et 85 C, pendant un temps qui peut varier entre O et 5 minutes. Le caillé est alors immédiatement refroidi et le produit obtenu présente une consistance plus ferme et un caractère hydrophobe plus marqué. La microfiltration 8 sépare le fromage du sérum, le dispositif étant détaillé ultérieurement en relation avec la figure 2. Le fromage contient alors la totalité de la matière grasse et la majeure partie des matières azotées protéiques ainsi qu'une partie des matières solubles qui restent liées aux protéines ainsi qu'une certaine quanti- té d'eau. Le sérum ou perméat ne contient aucune matière grasse mais contient un faible pourcentage de matière azotée soluble qui n'a pas précipité (1 g/l) , du lactose, des sels minéraux et de l'eau. Le sérum ou perméat est ensuite transféré pour être utilisé de façon bien connue en tant que sous-produit. 7. Le fromage quant à lui subit des traitements ulté- rieurs 9 en vue de la consommation et suivant le type de produit que l'on souhaite fabriquer. On peut citer comme traitement ul- térieur l'aromatisation, l'adjonction d'éléments divers tels que sel, sucre, épices, éléments figuratifs etc..., l'homogénéisatio le lissage, la thermisation,l'affinage et enfin le conditionnement Le dispositif de microfiltration de la figure 2 com- porte un circuit principal 19 alimenté en caillé brassé obte- nu à l'étape 5 du procédé et pompé à l'étape 6 de ce même pro- cédé. La pompe d'alimentation 60 est suivie d'une série de cap- teurs de température 21 de pression 22, de débit 23. Sur ce circuit principal, on monte en série une première boucle de mi- crofiltration 30. Un clapet 31 empêche tout retour de produit sur la ligne principale. Une pompe de recirculation 20 aspire le caillé brassé brut et le refoule vers un moyen de microfil- tration après que l'on ait contrôlé la pression 32, la tempéra- ture 33. Le moyen de microfiltration est constitué d'au moins une cartouche 34 comprenant une enveloppe métallique 35 généra- lement en Inox de façon à résister aux différentes agressions mécaniques et chimiques, enveloppe au sein de laquelle sont disposés en faisceau des tubes 36 en céramique, alumine a à porosité contrôlée, dont les extrémités sont liées à des pla- teaux 37 de façon à faire circuler le produit dans les tubes et que la perméation se produise à l'intérieur du tube vers l'extérieur du tube. De telles cartouches sont disponibles dans le commerce sous la marque MEMBRALOX. L'enveloppe métal- lique est reliée à ses deux extrémités au circuit de recircu- lation mais elle dispose également de deux sorties de perméat 38, 39 munies de vannes de sectionnement 40, 41. La première sortie 38 est reliée au collecteur 42 de perméat et la deuxiè- me sortie 39 est reliée à une cuve de stockage 43 du type ac- cumulateur, c'est-à-dire comprenant une partie de son volume rempli d'un fluide compressible 44. Un moyen de bridage sous la forme d'une vanne progressive 46 est interposé sur le collecteur de perméat qui 8. lorsqu'elle se ferme crée une contre-pression dans le circuit de perméat reliée à la première sortie. En amont de ce moyen de bridage, un débimètre 45 complète la ligne d'évacuation du perméat. Une déri- vation 47 munie d'un clapet anti-retour 48 alimente la pompe hau- te pression 49 qui elle-même alimente la cuve de stockage en perméat maintenue sous pression par le fluide compressible. Le rétentat en sortie de cartouche 34 est conduit vers la pompe de recirculation en amont de laquelle est située une dérivation avec clapet anti-retour 50 reliée au circuit principal et dont le débit sortant correspond au débit entrant dans la boucle diminué du débit du perméat. On peut poursuivre de la même manière par passage à travers plusieurs boucles successives 51, 52 constituées des mêmes éléments que la boucle 30 qui vient d'être décrite en détail. On prévoit dans ce dispositif de microfiltration tous les matériels auxiliaires bien L.nnus dans la réalisation des systèmes telles que des vannes d'isolement permettant la mainte- nance,des colliers, des brides, des joints et autres réducteurs, ces matériels n'entrant pas dans le cadre de l'invention, de mêm( que le pilotage de l'installation à l'aide d'un calculateur ou d'un automate programmable. Par contre, l'exemple qui vient d'être décrit n'est qu'un exemple particulier de réalisation susceptible de varian- tes accessibles à l'homme de l'art et qui sont dès lors considé- rées comme incluses dans la présente invention. C'est ainsi que pour maintenir constante la température du produit alors qu'il y a échauffement par circulation on peut prévoir un dispositif de réfrigération sur chaque boucle de microfiltration. De même les séquences de décolmatage, la pression de la cuve de stockage, le temps d'ouverture des vannes admet- tant le perméat sous haute pression à contre-courant, ou le bridage de la ligne de perméat sont déterminés en fonction du produit. Il en sera de même de la température du produit lui- même pour lequel il s'agira de trouver le meilleur compromis 9. entre la température la plus haute qui ne porte pas tort au produit et la température minimum qui confère à ce même produit une viscosité la plus faible possible. On peut maintenant donner un exemple de produit ob- tenu selon le procédé à l'aide du dispositif particulier qui vient d'être décrit. A partir de 1000 grammes de lait de la composition suivante: grammes Matière grasse 63,35 Matière azotée protéique 29,40 Extrait sec dégraissé 53,02 Eau 854,23 on obtient 300 grammes de fromace - Extrait sec........103,50 g dont - Matière grasse 63,00 g - Matière azotée 28,40 g - Eau.............. 196,50 g 700 grammes de sérum - Extrait sec........ 42,00 g dont - Matière azotée 2,10 g - Eau................658,00 g La présente invention n'est pas limitée par les exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 10. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la fabrication d'un fromage à partir de lait (1) traité de façon à obtenir un caillé (2, 3, 4, 5, 6) dans lequel les protéines sériques et la caséine du lait sont à l'état précipité, caractérisé en ce que l'on fait passer en continu ledit caillé à travers au moins une boucle de microfiltration (8) comprenant au moins une cartouche de microfiltration à travers laquelle le caillé circule dans des faisceaux en tubes céramiques. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en c; due l'on exerce une contre-pression (46) sur la sortie du perméa de façon à maintenir une pression trans-membranaire faible. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue un décolmatage séquentiel par perméation inverse sous haute pression pendant un temps limité durant la microfiltration en continu. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue une thermisation (7) supplémentaire du caillé avant la microfiltration. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écoulement dans les tubes est du type laminaire. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la vitesse de circulation est comprise entre 3 et mètres par seconde. 7 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cartouche de microfiltration comprend des pores d'un diamètre moyen compris entre 0,2 gm et 5 Nm. 8 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes consti- tué d'un circuit principal muni d'une pompe d'alimentation (60) et de moyens de mesure de la pression (22) de la températu- re (21) et du débit (23), dans lequel circule le produit à trai- ter, caractérisé en ce qu'au moins une boucle de microfiltra- tion (30) est montée en dérivation sur le circuit princi- pal (19), cette boucle comprenant au moins une cartouche de 11. microfiltration (34) comportant des tubes en céramique (36) et qu'au moins une sortie de perméat (39) est reliée à un sys- tème de perméation inverse haute pression (41, 43, 44, 47, 49). 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le diamètre moyen des pores est compris entre 0,2 Nm et 5 Nm. - Dispositif selon la revendication 8, caractéri- sé en ce que le dispositif de perméation inverse haute pres- sion est constitué d'une cuve de stockage (43) alimentée en perméat (47, 48) sous haute pression à l'aide de bouteille de fluide sous pression et/ou d'une pompe sous pression (49). 11 - Dispositif selon la revendication 8, caractéri- sé en ce que la boucle de microfiltration (30) comprend les van- nes d'isolement et de sectionnement nécessaires, une pompe de recirculation (20) des moyens de mesure de la pression (32) et de la température (33). 12 - Dispositif selon la revendication 11, caractéri- sé en ce que la boucle de microfiltration comporte un élément de réfrigération du produit.