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 quantité d'additifs, améliore le rendement en protéines et la pureté du produit fini, applicable à la production de WPC (Concentré de protéines de lactosérum), WPI (Isolat de protéines de lactosérum) et de poudre de protéines de lactosérum hydrolysées.

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%, protéines brutes : 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 protéines, valeur de pH (pH du lactosérum doux 5,8~6,4 ; pH du lactosérum acide 4,2~4,8), teneur en graisses, nombre total de micro-organismes, matières en suspension avant l'alimentation du réservoir.

• Le lactosérum brut qualifié est pompé dans un réservoir de stockage en acier inoxydable isolé (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 des rayures et des 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 clair dégraissé.

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

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

2. Section de séparation et de fractionnement par membrane de base (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), séparation physique uniquement sans chauffage ni évaporation, 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) : 10 kDa ~ 50 kDa ; 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 10 kDa ~ 60 kDa) sont interceptées par la membrane d'UF 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'UF (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 du produit : 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 enroulé)

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

• Fonction : Séparer le sel minéral inorganique (cendres) et le lactose du perméat UF ; la NF retient le lactose disaccharide, 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 (peut être séché indépendamment en poudre de lactose de qualité alimentaire) ; le perméat NF (eau usée à haute teneur en sel) entre dans l'osmose inverse pour la récupération de l'eau et le traitement à zéro rejet.

2.3 Osmose inverse (RO) : Recyclage 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 de l'équipement 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 (protéines ≥90 %) : Utilisez une double NF + une UF fine pour une désalination approfondie sur le liquide de WPC concentré par UF primaire pour éliminer le lactose et les cendres résiduels, enrichir davantage les protéines jusqu'à ≥90 % en phase solide avant la pulvérisation-séchage.

3. Traitement de présechage par stérilisation et homogénéisation

1. Filtration stérile microbienne : Système de filtration stérile à membrane céramique tubulaire (équipement de membrane en 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 à 150–220 bar pour briser les globules de graisse microscopiques résiduels, améliorer la solubilité instantanée de la poudre finale et empêcher la flottaison de la graisse 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 déshydraté instantanément en poudre de protéines de lactosérum sèche (humidité ≤5,0%). Une 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 en dessous de 4,5 % et la refroidir à 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 d'instantanéité selon la formulation du produit pour la poudre de protéines de lactosérum instantanée ; aucun conservateur supplémentaire n'est nécessaire dans le cadre du procédé à basse température à membrane complète.

5. Inspection finale, 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 une 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.

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

Arrêt de production quotidien : Nettoyage en circulation CIP en ligne de tous les équipements de membrane 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 de la membrane à plus de 4 ans.

7. Avantages essentiels du procédé (Procédé de membrane 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 d'équipements correspondant au catalogue de produits

1. Prétraitement : Équipement de membrane plate de type disque

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

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

4. Récupération des eaux usées : Équipement de dessalement RO à enroulement spiralé

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