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RÉSUMÉ
En près de 30 ans, les opérations de filtration tangentielle sont devenues des outils industriels incontournables dans les technologies alimentaires. Les principales applications des membranes dans le domaine agroalimentaire ont été développées dans le secteur laitier. D'autres champs d'application émergent : concentration de jus de légumes, récupération du plasma sanguin des abattoirs... Ces techniques sont utilisées aussi bien au sein même de la chaîne de production que pour le traitement des fluides techniques et des effluents.
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Geneviève Gésan-guiziou : Science et technologie du lait et de l'œuf (STLO), UMR 1253 INRA – Agrocampus Rennes - Institut national de la recherche agronomique (INRA), Rennes
INTRODUCTION
En près de 30 ans, les opérations de filtration tangentielle sont devenues des outils industriels incontournables dans les technologies alimentaires [1] [2]. Les principales applications des membranes dans le domaine agroalimentaire ont été développées dans le secteur laitier (30 à 40 % du marché) majoritairement pour la concentration des protéines du lactosérum et la standardisation du lait en protéines, loin devant les autres produits alimentaires : vin, bière, jus de fruits, ovoproduits… [1] [3] [4]. D'autres champs d'application émergent : concentration de jus de légumes, récupération du plasma sanguin des abattoirs… Ces techniques sont utilisées aussi bien au sein même de la chaîne de production (clarification, concentration, fractionnement) que pour le traitement des fluides techniques (eau de process…) et des effluents.
Cet article a pour but de fournir aux techniciens, ingénieurs ou étudiants du domaine alimentaire, une vision générale des applications agroalimentaires des quatre opérations à membranes majeures (microfiltration : MF, ultrafiltration : UF, nanofiltration : NF, osmose inverse : OI) pour lesquelles la séparation à travers la membrane est réalisée en phase liquide, sous l'action d'un gradient de pression, appelé pression transmembranaire.
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2. Industrie des boissons
Loin derrière l'industrie laitière, l'industrie des boissons est le second secteur d'utilisation des membranes dans les industries agroalimentaires (IAA). Le secteur du vin est le plus utilisateur de membranes.
2.1 Vin
L'élaboration des vins et leur préparation avant mise en bouteille nécessitent plusieurs étapes technologiques, qui peuvent être distinguées selon la chronologie suivante : préparation de la matière première à la vinification ou à la transformation, mise en œuvre des phases fermentaires (levures, bactéries), conduite de l'élevage des vins, traitements pour le conditionnement [11] (voir Application des membranes dans la filière œnologique [F 3 270]). Ces étapes technologiques nécessitent la mise en œuvre de nombreuses opérations unitaires, en particulier de séparation, pour répondre aux nouveaux cahiers des charges qualitatifs établis par les distributeurs : stabilité microbiologique, absence de troubles, de cristaux de sels d'acide tartrique et de dépôts de matières colorantes dans les bouteilles.
Le développement des opérations à membranes, en remplacement des technologies conventionnelles [centrifugation, filtration par alluvionnage (Kieselguhr, encore appelé terre de diatomées), par filtre rotatif sous vide, filtration sur plaques] présente plusieurs avantages. Il a permis de simplifier des schémas technologiques (limitation du nombre d'opérations unitaires, traitement en continu ; automatisation du procédé…), et/ou de rendre les technologies plus sélectives et économiques [diminution de matériel consommables tels que les plaques, les adjuvants indispensables en filtration classique (type Kieselguhr), limitation des quantités de rejets et/ou de pertes en produits…]. Ces opérations ouvrent également des perspectives intéressantes pour la conception de produits et de boissons nouvelles...
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ANNEXES
L'industrie agroalimentaire représente en 2007 le second secteur d'utilisation des membranes en Europe avec 20 % du marché, derrière le secteur du traitement de l'eau (process et potable) et des effluents (31 %) à égalité avec le secteur de la pharmacie et des biotechnologies (stérilisation de fluides biologiques, production d'eau ultrapure, fractionnement/concentration de protéines) (figure ). En 2004, le marché européen des membranes en industrie agroalimentaire était estimé à 175 millions d'euros avec une croissance moyenne annuelle estimée à 9 %, supérieure à la croissance moyenne, tous secteurs confondus, estimée à 7 % .
(d'après )
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