Procédé de production de la poudre de protéines de lactosérum

Préface

Ce processus de production adopte la technologie de séparation par membrane complète développée indépendamment par Zhuolineng Technology Co., Ltd., remplaçant la technologie traditionnelle de concentration thermique et de précipitation isoélectrique. Il réalise une séparation physique à basse température sans changement de phase, conserve l'activité nutritionnelle naturelle de la protéine de lactosérum, réduit la dose d'additifs, améliore le rendement en protéine et la pureté du produit fini, applicable à la production de WPC (Concentré de protéine de lactosérum), WPI (Isolat de protéine de lactosérum) et de poudre de protéine de lactosérum hydrolysée.

1. Section de réception et de prétraitement des matières premières

1.1 Inspection et stockage des matières premières

Matière première : Liquide de lactosérum doux / liquide de lactosérum acide sous-produit de la production de fromage et de caséine (matière sèche : 5%–7%, protéine brute : 0.6%–1.0%, lactose : 4.0%–5.0%, cendres : 0.5%–0.8%).

• Le liquide de lactosérum brut est échantillonné pour la détection d'indices : teneur en protéine, valeur de pH (pH du lactosérum doux 5.8~6.4 ; pH du lactosérum acide 4.2~4.8), teneur en graisse, nombre total de micro-organismes, matières en suspension avant l'alimentation du réservoir.

• Le lactosérum brut qualifié est pompé dans une cuve de stockage en acier inoxydable isolée (conservation à 4°C, période de stockage ≤24h) pour empêcher la reproduction microbienne et la dénaturation des protéines.

1.2 Pré-filtration et élimination des impuretés grossières

1. Filtration primaire : Un filtre à sac de 50μm élimine les résidus de fromage grossiers, les fragments de caséine et les grosses impuretés en suspension pour protéger les éléments membranaires suivants contre les rayures et les bouchages.

2. Élimination du gras : Le système de pré-séparation à membrane plate de type disque (équipement à membrane plate en disque) élimine la crème résiduelle et la matière grasse laitière ; la membrane retient les globules gras, et le perméat est un liquide d'alimentation de lactosérum dégraissé clair.

Avantage de l'équipement : Haute capacité d'anti-encrassement, nettoyage par arrière-lavage et nettoyage à l'air disponibles, faible coût de prétraitement, adapté au liquide brut de lactosérum à forte suspension.

1. Ajustement fin du pH : De l'acide/alcalin alimentaire de qualité alimentaire est ajouté pour réguler le pH du lactosérum à la valeur cible correspondant au processus d'ultrafiltration ultérieur, évitant ainsi la perte par précipitation isoélectrique des protéines.

2. Section de séparation et de fractionnement de la membrane centrale (Procédure de travail clé, équipement de série de membranes enroulées)

Toute la section utilise la séparation par membrane à basse température (température de fonctionnement ≤40°C), uniquement une séparation physique sans chauffage ni évaporation, ce qui conserve la bioactivité naturelle des protéines.

2.1 Ultrafiltration (UF) : Concentration des protéines du lactosérum et séparation du lactose (Équipement de membrane d'ultrafiltration enroulée)

• Paramètres de la membrane : Membrane d'ultrafiltration organique enroulée, MWCO (Poids moléculaire de coupure) : 10kDa~50kDa ; pression de travail : 3–18 Bar ; température de fonctionnement ≤38°C.

• Principe de séparation : Les macromolécules de protéines (poids moléculaire des protéines du lactosérum de 10kDa~60kDa) sont retenues par la membrane d'ultrafiltration pour former un rétentat de lactosérum concentré (aliment concentré en WPC) ; les petites molécules (lactose, sels minéraux, monosaccharides, eau) traversent la membrane en tant que perméat d'ultrafiltration (liquide résiduel contenant du lactose pour une récupération secondaire).

• Contrôle du processus : Filtration en écoulement croisé circulant, nettoyage CIP en ligne intermittent pour éliminer l'encrassement des protéines à la surface de la membrane ; la teneur en solides du rétentat monte à 18 %–28 % pour obtenir un liquide concentré de WPC (matière première pour la poudre de concentré de lactosérum WPC80/WPC70).

• Production de produits : ① Rétentat : Liquide de protéines de lactosérum concentré pour la séchage par pulvérisation en poudre de concentré de protéines de lactosérum (WPC70/WPC80). ② Perméat UF : Aliment mixte de lactose et de cendres, envoyé à la section de nanofiltration pour l'enrichissement en lactose et la désalination.

2.2 Nanofiltration (NF) : Désalination du perméat et concentration du lactose (Équipement de membrane de nanofiltration de type rouleau)

• Paramètre de la membrane : Membrane NF de type rouleau, MWCO : 100–1000Da, pression de travail : 5–22 Bar, température ≤38℃.

• Fonction : Séparer le sel minéral inorganique (cendres) et le lactose du perméat UF ; la NF retient le lactose disaccharide et permet au sel inorganique monovalent (Na⁺, K⁺, Cl⁻) de passer dans le perméat NF.

• Processus : Le rétentat NF est un liquide de lactose concentré désalé (qui peut être séché indépendamment pour obtenir de la poudre de lactose de qualité alimentaire) ; le perméat NF (eau usée salée) entre dans l'osmose inverse pour la récupération de l'eau et le traitement à zéro rejet.

2.3 Osmose inverse (RO) : Récupération de l'eau et traitement des eaux usées (Équipement de membrane RO enroulée en spirale)

• La membrane RO retient toutes les petites substances moléculaires solubles ; le perméat d'eau pure est recyclé pour le nettoyage CIP de production, le lavage des équipements et la dilution du lactosérum brut ; la saumure concentrée RO est collectée pour un traitement environnemental centralisé, permettant le recyclage de l'eau de production et la réduction des émissions.

2.4 Étape supplémentaire pour la production d'isolats de protéines de lactosérum (WPI)

Pour la production de WPI (protéine ≥90 %) : Utilisez une double filtration NF secondaire + UF fine pour une désalination approfondie du liquide de WPC concentré par UF primaire pour éliminer le lactose et les cendres résiduelles, enrichir davantage la protéine jusqu'à ≥90 % en phase solide avant la séchage par pulvérisation.

3. Traitement de prétraitement de stérilisation et d'homogénéisation avant séchage

1. Filtration stérile microbienne : Système de filtration stérile à membrane céramique tubulaire (Équipement de membrane de tube céramique, précision 0,01~0,5μm) pour la clarification stérile du liquide d'alimentation de lactosérum concentré ; retenir les bactéries, les levures et les moisissures sans pasteurisation à haute température, conserver pleinement les protéines actives thermosensibles telles que la β-lactoglobuline, l'α-lactalbumine.

2. Homogénéisation haute pression : Homogénéisation en deux étages de 150–220 bar pour briser les globules gras microscopiques résiduels, améliorer la solubilité instantanée de la poudre finie et empêcher la flottation du gras lors de la dissolution.

3. Ajustement fin de la teneur en solides : De l'eau recyclée RO purifiée est ajoutée pour ajuster la teneur en solides de l'alimentation à 12%–22% (plage optimale pour le séchage par pulvérisation).

4. Section de séchage par pulvérisation et de post-traitement

4.1 Séchage par pulvérisation

Le liquide de lactosérum concentré stérilisé est envoyé dans un sécheur par pulvérisation centrifuge : température de l'air d'entrée 160–180℃, température de l'air de sortie 75–85℃ ; le liquide d'alimentation est atomisé en minuscules gouttelettes et instantanément déshydraté en poudre de protéines de lactosérum sèche (humidité ≤5,0%). La basse température de sortie évite la surchauffe locale et la dénaturation des protéines.

4.2 Post-traitement et finition

1. Séchage secondaire et refroidissement en lit fluidisé : Réduire l'humidité de la poudre finie à moins de 4,5 % et la refroidir à la température ambiante pour éviter l'agglomération.

2. Tamisage : Un tamis vibrant de 40 à 80 mailles élimine les grosses particules agglomérées ; les particules trop grosses sont recyclées pour être redissoutes et séchées à nouveau.

3. Mélange (optionnel) : Ajouter de la lécithine de qualité alimentaire comme agent instantané selon la formulation du produit pour la poudre de protéines de lactosérum instantanée ; aucun conservateur supplémentaire n'est nécessaire dans le processus à basse température à membrane complète.

5. Contrôle final, emballage et entreposage

1. Test de laboratoire du produit fini : Tester la teneur en protéines, l'humidité, la graisse, les cendres, l'indice microbien (bactéries totales, coliformes, bactéries pathogènes), la solubilité pour correspondre aux normes alimentaires GB/USDA/FCC ; délivrer un rapport de certification de qualité MTC selon la demande du client.

2. Emballage aseptique : Emballage en sac d'aluminium sous vide / fût en PE de qualité alimentaire dans un atelier propre de classe 100 000 ; marquer le numéro de lot, la date de production, la durée de conservation, la spécification du produit (WPC70/WPC80/WPI90).

3. Stockage dans un entrepôt à température constante (en dessous de 20°C, environnement sec), les produits finis sont expédiés après avoir passé l'inspection finale de la qualité (QA).

6. Système de nettoyage CIP sur toute la ligne (Entretien régulier quotidien)

Arrêt de la production quotidienne : Nettoyage en circulation CIP en ligne de tous les équipements membranaires et des pipelines avec de la soude chaude (2 % NaOH), de l'acide chaud (1,5 % HNO₃) et de l'eau purifiée stérile successivement ; récupération des eaux usées de nettoyage pour un traitement RO centralisé afin de réaliser une production propre et prolonger la durée de vie des membranes de plus de 4 ans.

7. Avantages essentiels du procédé (Procédé membranaire par rapport à la concentration thermique traditionnelle)

1. Séparation physique à basse température (<40°C), pas de dénaturation thermique des protéines, le rendement en protéines est augmenté de 8 % à 15 % par rapport au procédé d'évaporation traditionnel.

2. Économie de la consommation de vapeur pour l'évaporation thermique, réduction de plus de 60 % du coût énergétique ; pas d'ajout de floculant et de coagulant, pas de résidu chimique dans le produit fini.

3. Récupération intégrée des sous-produits : poudre de lactose et eau de production recyclée, amélioration des avantages économiques globaux du projet.

4. Degré d'automatisation élevé, production continue en circuit fermé, réduction des coûts de main-d'œuvre et qualité stable des produits finis.

Annexe : Liste des équipements correspondant au catalogue des produits

1. Prétraitement : Équipement de membrane plate à disque

2. Concentration centrale : Équipement de séparation par membrane UF/NF enroulée

3. Filtration stérile : Système de filtration par membrane de tube en céramique / Équipement de membrane tubulaire organique

4. Récupération des eaux usées : Équipement de dessalement RO enroulé en spirale

5. Essai pilote en laboratoire : Équipement expérimental de membrane multifonctionnel de série CX-SY (pour le développement de formules et les petits essais avant la production officielle)