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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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1. Industrie laitière
L'industrie laitière est à l'origine de nombreux développements des technologies de séparation par membrane en industrie alimentaire (voir Séparations par membrane dans l'industrie alimentaire [F 3 250]). En effet, dès le début des années 1970, des chercheurs ont eu l'idée, à partir de procédés utilisés en médecine dans certains cas d'infection rénale, de chercher à concentrer le lait utilisé en fromagerie par les techniques à membranes. Aujourd'hui, les opérations de filtration tangentielle sont intégrées tout au long de la chaîne technologique de traitement et de transformation du lait et du lactosérum, coproduit de la transformation en fromage : réception du lait, transformation fromagère, concentration des protéines du lactosérum, fractionnement d'hydrolysats de protéines, recyclage des fluides techniques (solutions de nettoyage, saumure…) et purification des eaux résiduaires (bioréacteur à membranes). On peut dire que ces opérations ont atteint, dans l'industrie laitière mondiale, le même degré de banalisation que l'écrémeuse ou l'échangeur à plaques.
Parmi les opérations de séparation à membranes, l'ultrafiltration est largement la plus répandue, avec une aire membranaire installée estimée à 350 000 m2. La nanofiltration (100 000 m2) s'est développée récemment pour la déminéralisation des lactosérums. L'aire membranaire installée pour l'osmose inverse se stabilise (65 000 m2) alors que celle dédiée à la microfiltration se développe (15 000 m2 installés).
La composition du lait est détaillée dans le tableau 1.
1.1 Microfiltration
La microfiltration du lait recouvre trois opérations principales ...
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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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DAUFIN (G.), RENE (F.), AIMAR (P.)...
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