Industrie laitière : des filtres à tous les étages

Laits et poudres de lait, fromages, yaourts, beurre, glaces … Dans le domaine agro-alimentaire, l'industrie laitière est un secteur particulièrement sensible. La fabrication des produits laitiers doit en effet suivre des protocoles très stricts pour respecter les normes et certifications en vigueur. Sur les chaînes de production, les sources de contamination potentielles sont nombreuses. Un soin tout particulier doit notamment être apporté à la préparation et de la mise en oeuvre des utilités (eau, air stérile, vapeur). Le lait cru utilisé dans certaines laiteries peut également contenir des particules et des bactéries qui doivent être éliminées. La filtration joue donc un rôle clef pour éliminer ces indésirables et fabriquer des produits finis conformes aux exigences sanitaires et aux propriétés organoleptiques optimales. 

Industrie laitière : quels contaminants ?

Outre des poussières, les produits laitiers sont susceptibles d'être contaminés par : Escherichia Coli, Enterobacter Sakazakii ou d'autres bactéries, des levures et moisissures, des virus, des résidus d' acide peroxyacétique (PAA) utilisé comme désinfectant, des composés organiques volatils (COV) présents sur les sites de production, des polluants apportés par contamination croisée …

A noter que dans le domaine laitier, on utilise, au cours des process, des micro-organismes (pénicilliums), non pathogènes cette fois, pour élaborer par exemple les yaourts ou les fromages. Ces flores spécifiques, indispensables à la production, devront être préservées. Il faudra également veiller à éviter de potentielles interactions entre ces bactéries utiles et des germes résiduels présents par exemple dans l'air comprimé ou l'eau de rinçage utilisés sur les chaînes de production.

Filtrer l'eau de procédé ou de saumure

Dans l'industrie laitière, on utilise de l'eau dite de procédé pour les opérations de lavage et de rinçage. Cette dernière entre indirectement en contact avec le produit final, comme l’eau utilisée pour rincer les bouteilles après désinfection chimique.
Cette eau doit être filtrée et stable du point de vue microbiologique. Pour la préparer, on utilise des notamment des cartouches filtrantes munies de filtres en profondeur.

L'eau est également utilisée en tant qu'ingrédient, ou matière première. Elle fait alors partie intégrante du produit final. C'est le cas par exemple pour l'eau du réseau utilisée pour préparer de la saumure par adjonction de sel.

Retrouver un exemple de filtration pour élaborer une saumure stérile

 

 

Stériliser la vapeur

 

 

Pour la stérilisation du matériel de fabrication dans l'industrie laitière, on utilise de la vapeur.
Pour pouvoir être utilisée en contact direct avec le lait, les produits laitiers ou les surfaces qui le seront, cette vapeur doit être stérilisée. Filtrer la vapeur protège les produits des contaminations, évite l'entartrage ou l'encrassement des soupapes ou des injecteurs sur les chaînes de production.

 

 

 

 

Filtrer l'air comprimé

Dans le secteur agro-alimentaire et l'industrie laitière en particulier, les cuves contenant les préparations (lait, yaourt, fromage) sont vidées par remplissage d’air comprimé stérile et sec, sous pression. Cet air doit être filtré en amont avec un dispositif filtrant garantissant un taux de rétention élevé (particuliers, bactéries et virus). Il faut en effet éliminer tous les micro-organismes aéroportés  susceptibles d'altérer les produits laitiers avec lesquels cet air sera en contact.

Pour ce type d'applications, on peut utiliser des filtres dont le média filtrant est composé de borosilicate et de PTFE (polytétrafluoroéthylène). Ils permettent d'assurer des taux de rétention typiquement supérieurs à 99,99999995 % (à 0,2 μm). Pour les particules nanométriques (0,003 μm), la rétention obtenue est supérieure à 99,999999991%.

 

 

Purifier le lait et isoler ses composants

Outres les utilités, le lait lui-même est filtré, notamment par filtration membranaire. Ce process, doux pour la matière première, est utilisé dans l'élaboration de l'essentiel des produits laitiers pour éliminer spores et bactéries, standardiser les teneurs en caséine et autres protéines, concentrer et séparer des composants spécifiques pour élaborer des produits dérivés, élaborer des produits de culture et fromagers (produits par concentration partielle ou totale).

Cette filtration membranaire est réalisée selon un mode de filtration dit tangentiel, qui consiste à faire passer un liquide laitier tangentiellement à la surface de la membrane poreuse. C'est la pression exercée sur le liquide qui permet aux constituants du produit laitier de traverser la membrane. La taille des pores de la membrane permet de sélectionner les constituants et contaminants à filtrer. Par opposition à la filtration frontale, la filtration tangentielle permet une production continue, en limitant le colmatage des membranes et avec un meilleur contrôle des paramètres de filtration.

 

Pour en savoir plus sur les avantage de la filtration tangentielle

 

En pratique, les traitements physiques par filtration tangentielle, tels que l’ultrafiltration, la microfiltration ou la nanofiltration, sont utilisés d'une part pour fractionner et concentrer les composants du lait. Ces procédés permettent la séparation sélective des composants du lait. La filière lait utilise à elle seule 75% des installations d'ultrafiltration dans le monde, notamment pour la concentration des protéines du lactosérum.

La microfiltration est aussi utilisée pour la débactérisation du lait. Pour éliminer la totalité des virus, il faut ensuite recourir à une ultrafiltration, seule à même d'éliminer du lait les particules dissoutes de 0,001 à 0,1 µm (soit 1 à 100 nm).

 Pour en savoir plus sur la microfiltration et l'ultrafiltration

 

Zoom sur la microfiltration du lait

La microfiltration est utilisé dans deux process différents de transformation du lait liquide, utilisant tous deux du lait écrémé.
Elle permet d'éliminer bactéries et spores, tout en conservant les autres composants du lait, par exemple pour produire du lait de fromagerie ou de la poudre de lait, mais aussi du lait longue conservation.
Elle est également utilisée pour séparer les protéines de lait en deux : d'un côté la caséine et de l'autre les protéines sériques servant à élaborer des composés dérivés. La taille des pores de la membrane est ajustée pour piéger les micelles de caséine et laisser passer les protéines sériques, plus petites.

Zoom sur l'ultrafiltration du lait

Alors que la mircrofiltration permet de standardiser la caséine, l'ultrafiltration est utilisée pour normaliser la teneur totale en protéines.
Elle est utilisée pour concentrer les grosses molécules, comme les matières grasses et les protéines, et réduire la teneur en lactose et en minéraux du lait. On joue pour cela sur la taille des pores des membranes. On élabore ainsi des produits appelés concentrés de protéines de lait (MPC, ou Milk proteine concentrate) : ce sont des concentrés de lait écrémé dont le ratio protéines (caséines et protéines sériques) sur matière sèche est supérieure à 42%. On fabrique également des isolats de protéines de lait (MPI, ou Milk protein isolate), contenant cette fois plus de 85 % de protéines.
L'ultrafiltration est également utilisée pour la concentration de lait entier ou standardisé en vue de la production de fromages, entièrement ou partiellement concentrés.

A noter que les sous-produits (flux de perméat) de l'ultrafiltration et de la microfiltration du lait sont eux-aussi valorisables. Ainsi, le perméat issu du processus d'ultrafiltration est principalement composé de lactose, un produit idéal pour la standardisation des poudres de lait.