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Concentrés et produits laitiers déshydratés fabriqués sur la base de composants du lait

Environ 10 % du lait suisse est transformé directement en produits à base de lait en poudre et en concentrés de lait (conserves de lait). Selon la situation sur le marché du lait, cette proportion fluctue entre 8 % et 13 %. En 2015 par exemple, la quantité de produits laitiers déshydratés et de lait concentré fabriquée s’est élevée à 50 500 tonnes qui ont nécessité 358 000 tonnes de lait (10,3 % de la production totale de lait). Ne sont pas inclus dans celle-ci: de nouvelles protéines de lait, du lactose et d’autres ingrédients du lait issus de lait maigre, de petit-lait ou de babeurre. Le lait maigre et le babeurre issus de la fabrication de beurre sont pratiquement entièrement utilisés pour l’élaboration des produits laitiers déshydratés alors que 55 % du petit-lait issu de la fabrication de fromages est utilisé pour l’élaboration de produits laitiers déshydratés.

La palette d’ingrédients pour les denrées alimentaires à base de lait et leur utilisation est multiple.
Le lait écrémé en poudre et le lait entier en poudre sont exportés vers des pays touchés par une pénurie de lait. Le lait entier en poudre est un ingrédient important pour le chocolat suisse. Des poudres de lait spéciales à haute teneur en protéines sont utilisées en nutraceutique, comme aliments pour les sportifs ou en tant qu’émulsifiant naturel. La nourriture de substitution pour les nourrissons est composée de divers produits séchés issus du lait, comme le lait écrémé en poudre, des concentrés de protéines sériques, l’α-lactalbumine, le lactose et en partie des fractions protéiques spéciales comme la lactoferrine et auxquels il faut ajouter d’autres ingrédients.

Selon le produit, tous les composants du lait sont concentrés par déshydratation (lait entier en poudre) ou des composants particuliers tels que la caséine, les protéines du petit-lait ou d'autres composants précieux sont séparés de façon sélective et concentrés à l’aide de techniques de séparation membranaire innovatrices et ménageant le produit ou d'autres processus de déshydratation. Sous forme concentrée ou en poudre, ces produits se conservent longtemps en raison de leur faible teneur en eau.

7.1 Introduction

Outre de nombreux précieux composants, le lait contient une importante quantité d’eau: 87–88 % (cf. R. Sieber, Composition du lait, tableau 14). L’élimination de l’eau du lait constitue une importante possibilité de conservation. Le lait condensé et d’autres concentrés contiennent encore de 25–75 % d’eau et sont stérilisés dans des boîtes métalliques suivant la quantité d’eau résiduelle et d’éventuelles adjonctions de sucre ou pasteurisés, puis sont emballés dans de grands récipients ou des tubes en plastique. Les produits à base de lait en poudre présentent une teneur en eau résiduelle d’environ 4% et peuvent être conservés sans réfrigération et sans emballage aseptisé.

L’élimination de l’eau du lait peut s’effectuer de différentes façons. Une des possibilités utilisée depuis des millénaires est le caillage du lait avec séparation du petit-lait lors de la fabrication du fromage. Pour préparer les concentrés et les produits à base de lait en poudre, on retire l’eau par le biais d’évaporation, de séchage et de la technique de séparation par membranes.

La figure 1 et le tableau fournissent des indications concernant l’importance quantitative des conserves de lait (produits à base de lait en poudre et lait condensé) en Suisse. Ainsi, près de 10 % du lait commercialisé en Suisse parvient au client sous la forme de conserves de lait et de concentrés. Des produits spéciaux comme les protéines de lait, le lactose, l’alimentation entérale et les aliments pour nourrissons ne sont pas visibles dans la figure 1.

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Figure 1: Lait produit en Suisse: répartition de son utilisation en fonction des groupes de produits. Source: TSM Treuhand GmbH, 27.5.2018

En Suisse, le lait condensé pour la consommation directe est produit en petites quantités. Les concentrés de lait spécifiques aux clients parviennent sous la forme de produits semi-finis au sein de l’industrie alimentaire. Le lait condensé sucré ou non sucré pour le commerce de détail est partiellement importé. Les clients importants pour les produits laitiers déshydratés sont l’industrie alimentaire suisse et étrangère (chocolats, articles de boulangerie, aliments pour enfants, laiteries surtout pour les yoghourts, les crèmes glacées et les boissons lactées, des fromageries à l’étranger, des fabricants de sauces et de soupes, de préparations à base de viande, etc.). En Suisse, seule une petite quantité est achetée directement par le consommateur sous forme de lait en poudre.

Le tableau 2 présente un aperçu de la composition chimique de différents laits en poudre et autres produits laitiers en poudre. 

7.2 Lait condensé - concentrés

Le lait condensé et les laits concentrés sont fabriqués à partir de lait ou de lait écrémé dont on a éliminé l’eau par le biais de l’évaporation sous vide à des températures de 45-80°C dans des installations conçues spécialement pour ménager les produits. En tant que stade préliminaire de la fabrication de lait en poudre, les températures sont très importantes. En outre, des concentrés sont livrés directement sous la forme de produits semi-finis à l’industrie alimentaire dans de gros récipients ou des camions-citernes. Le lait condensé et le lait condensé sucré sont également des concentrés qui sont vendus en tant que produits de consommation courante.
Le lait condensé stérilisé, en boîte, est importé. Le lait condensé pasteurisé, en tube, est encore partiellement fabriqué en Suisse. Le tableau 3 présente un aperçu de la composition du lait condensé.

Le lait condensé (non sucré) et le lait condensé sucré dans des emballages pour le commerce de détail sont utilisés en tant qu’additifs pour différentes recettes de cuisine. On utilise souvent le lait condensé non sucré en tant qu’azurant pour le café, mais pas en Suisse où la crème à café s’est imposée. Le lait écrémé condensé et le lait écrémé condensé sucré sont utilisés en tant que produits semi-finis dans la production de denrées alimentaires.

7.3 Lait entier en poudre et lait écrémé en poudre

7.3.1 Propriétés chimiques et physiques du lait entier en poudre et du lait écrémé en poudre

Les importants paramètres de qualité pour le lait en poudre sont les suivants: qualité microbiologique, propriétés organoleptiques et propriétés physico-chimiques, selon le tableau 4:

Autres paramètres:

  • Teneur en eau
  • Teneur en matière grasse
  • Teneur en protéines
  • Teneur en substances minérales
  • Acide titrable
  • Reconstitution
  • Charge thermique du lait écrémé en poudre (part de protéines sériques dénaturées)
  • Particules brûlées
  • Oxygène résiduel dans l’emballage

Le séchage a un impact primordial sur les propriétés du produit. C’est la raison pour laquelle il faut différencier entre la poudre issue du séchage par atomisation et celle issue du séchage sur cylindres. Le chapitre qui suit traite de manière plus détaillée de ces processus. Le tableau 4 présente un aperçu des propriétés physico-chimiques importantes.

Le lait en poudre doit s’écouler comme le sable et ne pas former de grumeaux. La propriété d’écoulement est diminuée par un lactose pas complètement cristallisé et qui absorbe de l’eau. De même, la dimension et la forme des particules, la densité apparente et la charge électrique ont une influence sur l’écoulement.

Dans la poudre de lait entier ou dans la poudre issue de lait partiellement écrémé, la matière grasse du lait peut être oxydée. La présence de concentrations élevées d’oxygène dans l’emballage ainsi que la lumière et les ions métalliques tels que le cuivre et le fer et dans une moindre mesure d’autres métaux favorisent cette oxydation. Le tableau 4 présente les exigences relatives aux taux en cuivre et en fer. L’élimination d’oxygène par le biais d’emballage sous vide ou d’emballages sous gaz protecteurs est important lors de l’emballage de poudres de lait grasses afin d’éviter l’oxydation. Les valeurs de tolérance en la matière figurent dans le tableau 4. Une bonne gestion du préchauffage durant la fabrication de la poudre permet de réduire les oxydations dans le produit fini.

Des particules brûlées se forment en raison d’une forte réaction de Maillard (réaction de sucres avec des acides aminés – les constituants des protéines) durant le processus de séchage si des particules demeurent trop longtemps dans le processus.

Un certain brunissement dû à la réaction de Maillard est normal pour la poudre de lait. La réaction de Maillard est plus marquée lors du séchage sur cylindres que lors du séchage par atomisation. La réaction de Maillard se poursuit durant le stockage, c’est la raison pour laquelle les conditions de stockage (température, durée) sont importantes pour la conservation de la qualité de la poudre du lait et en particulier pour les concentrés de protéines de lait sous forme de poudre.

7.3.2 Fabrication / Technologie

Les étapes de base de la fabrication de lait en poudre sont constituées de l’évaporation et du séchage.

La figure 3 montre le processus de fabrication. On sélectionne du lait de qualité élevée. Etant donné que, lors de la production de poudre, la concentration des substances augmente, le lait doit présenter une stabilité élevée. Faute de quoi, les protéines peuvent se déstabiliser et être précipitées. Un taux d’acidité de < 7,5°SH est nécessaire. Il ne doit pas y avoir de contamination avec des ions métalliques, de cuivre en particulier. Les exigences relatives au nombre de germes doivent être prises en considération. Le lait est libéré des éventuelles souillures par l’épurateur centrifuge, refroidi et ensuite stocké au frais. Selon le genre de poudre, une partie ou l’ensemble de la matière grasse du lait est centrifugée sous forme de crème. La teneur en protéines est réglée selon les teneurs minimales légales par l’ajout de composants du lait, la plupart du temps de la poudre de perméat de lait ou de petit-lait.

Il s’en suit un traitement thermique qui poursuit plusieurs objectifs:

  • Inactiver tous les germes pathogènes et réduire le nombre de germes global.
  • Inactiver les enzymes, les lipases en particulier.
  • Activer les groupes thiols dans la -lactoglobuline afin d’augmenter la stabilité de l’oxydation de la poudre durant le stockage.

Il faut privilégier les processus à haute température et de courte durée car cela permet d’obtenir les effets recherchés d’une manière à augmenter les substances anti-oxydantes. De même, la solubilité de la poudre est meilleure lors de l’utilisation d’un processus à haute température et de courte durée. Souvent, on chauffe à 88 – 95°C pendant 15-30 secondes, parfois à des températures pouvant atteindre 130°C.

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Figure 2: Installation d’évaporation pour le lait (GEA)

Ensuite, le lait passe dans l’installation d’évaporation. Sous vide, l’eau est évaporée avec ménagement à une température de 45–75°C jusqu’à ce qu’une concentration de 40–50 % de la matière sèche du lait soit atteinte. L’énergie est utilisée avec efficience dans les installations d’évaporation. Grâce à la technique des couches minces, le lait et le concentré de lait qui en résultent ne séjournent à haute température que pendant un court laps de temps dans l’installation. La figure 2 montre une installation d’évaporation et la figure 4 son mode de fonctionnement.

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Figure 3: Diagramme de la fabrication de lait en poudre

L’homogénéisation se déroule en partie lors de la fabrication d’une poudre de lait contenant de la matière grasse. L’objectif recherché est une réduction de la matière grasse libre. Une matière grasse libre exempte de membrane protectrice / membrane secondaire diminue la solubilité de la poudre de lait et augmente le risque d’oxydation. Après l’évaporation, on homogénéise à des pressions de 50 – 150 bars. Pour les poudres destinées à la fabrication de chocolat, la matière grasse libre est souhaitée, raison pour laquelle, il n’y a pas d’homogénéisation. 

Figure 4: Schéma d’un évaporateur à film descendant
Figure 4: Schéma d’un évaporateur à film descendant (GEA) (http://www.gea.com/global/
en/products/falling-film-evaporator.jsp)

A: introduction du produit
B: buées
C: concentré de lait
D: vapeur
E: condensat

1: tête de l’évaporateur
2: registre de chauffage
3: partie inférieure du registre de chauffage
4: diffuseur
5: séparateur de vapeur

Séchage

On utilise principalement deux techniques différentes, d’une part le séchage sur cylindres et, d’autre part, le séchage par atomisation. Lors du séchage sur cylindres, on applique le concentré de lait en une fine couche sur une surface très chaude. Ce faisant, une grande partie de l’eau s’évapore en l’espace de quelques secondes. Avec la technique du séchage par atomisation, on pulvérise le concentré de lait et on le mélange à de l’air très chaud. L’eau s’évapore alors des gouttelettes.

Séchage sur cylindres

Un concentré de lait de 45–50 % de matière sèche est appliqué sous la forme d’une couche fine sur les cylindres de séchage en train de tourner. Ceux-ci sont chauffés à l’intérieur avec de la vapeur et présentent une température pouvant aller jusqu’à 145°C. En moins de 3 secondes, on atteint une teneur d’eau résiduelle de 4 % seulement et le lait séché est raclé par des couteaux des cylindres. Les feuilles de poudre tombent dans une vis sans fin et sont ensuite réduites dans un broyeur à marteaux, refroidies et ensuite emballées. La figure 5 présente un schéma d’une installation de séchage à cylindres. Par rapport aux installations de séchage par atomisation, les installations de séchage sur cylindres sont relativement compactes et plus avantageuses au niveau de l‘investissement. La figure 7 présente une microstructure du lait en poudre. En raison du procédé se séchage, les particules ont une forme d’écaille et sont plates.

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Figure 5: Schéma du séchage sur cylindres (Simon Dryers)

Lors du séchage sur cylindres du lait, il se produit certaines modifications qui sont irréversibles. Les températures élevées provoquent une dénaturation des protéines lactiques, une caramélisation du lactose et un brunissement dû à la réaction de Maillard où sucre et acides aminés réagissent ensemble. En raison de la dénaturation des protéines, la poudre obtenue par séchage sur cylindres possède une moins bonne solubilité dans l’eau que la poudre obtenue par séchage par atomisation. Pour certaines utilisations comme par exemple la fabrication de chocolat, les propriétés du lait en poudre obtenu par séchage sur cylindres sont plus avantageuses.

Séchage par atomisation

Le séchage par atomisation est la méthode de séchage le plus souvent utilisée pour le lait en poudre. La figure 6 montre une installation de séchage par atomisation. Le concentré de lait est pulvérisé au haut d’une tour de séchage comprenant plusieurs étages, au moyen de buses ou de disques tournant, en gouttelettes d’un diamètre de 50-80 µm. La plupart du temps, dans le haut de la tour également, on insuffle de l’air filtré très chaud d’une température de 150 – 300°C. Cela permet d’effectuer un séchage avec ménagement. Lors de la pulvérisation, il se forme de petites gouttelettes rondes qui conservent leur forme durant le processus de séchage. C’est la raison pour laquelle la poudre obtenue par séchage par atomisation présente des particules sphériques (voir figure 7). L’air inclus dans les particules engendre une densité apparente moins élevée. L’eau dans les gouttelettes s’évapore rapidement, en l’espace de centièmes voire de dixièmes de seconde. Ceci a pour conséquence que les particules et l’air sont rapidement refroidis. La température maximale des particules à la fin du séchage s’élève seulement à 65 – 75°C. Après avoir été retirée de la tour de séchage et éventuellement séchée encore une fois dans le séchoir à lit fluidisé, la poudre est séparée en plusieurs étapes de l’air de séchage, également à l’aide de cyclones, et refroidie avec de l’air froid.

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Figure 6: Installation de séchage par atomisation, à deux étages, avec lit fluidisé-séchage subséquent sous la tour de séchage. Source: http://www.spxflow.com (Charlotte, North Carolina, USA)
Abbildung 7 zeigt Mikrostruktur von Milchpulver (Elekronenmikroskopische Aufnahme)
Figure 7: Microstructure de lait en poudre (image en microscopie électronique), à gauche séchée sur cylindres et à droite séchée par atomisation; taille des particules: poudre issue du séchage sur cylindres, particule principale env. 250 – 500 µm, forme d’écaille; poudre issue du séchage par atomisation, particule principale 25- 50 µm de diamètre, forme sphérique. Source: M. Kaláb

Emballage et stockage

Afin de conserver la qualité du lait en poudre, un emballage approprié est important. L’emballage doit protéger le lait en poudre contre l’humidité, la lumière et les souillures. A cet effet, il faut naturellement remplir les exigences en matière de logistique. On utilise souvent du papier avec une couche de papier bitumé, des cartons à plusieurs couches ou des boîtes avec un intérieur en polyéthylène, des tonneaux en métal avec un intérieur en polyéthylène ou des boîtes avec des couvercles de feuille mince d’aluminium. Il est possible de prolonger la durée de conservation en retirant l’oxygène à l’aide d’une atmosphère protectrice de gaz ou d’emballage sous vide. Le lait en poudre est stocké à température ambiante. Le lait entier en poudre peut être conservé moins longtemps que le lait écrémé en poudre en raison de la possible oxydation de la matière grasse.

7.3.3 Particularités du lait écrémé en poudre

Dans le diagramme de fabrication de la figure 3 on peut voir les différences entre la fabrication de lait écrémé en poudre et celle de lait entier en poudre. On procède à un écrémage complet, le traitement thermique se limite à une pasteurisation à basse température (low-heat) et prolongé à 15-30 minutes (high-heat). La concentration après évaporation est nettement moins élevée lors du séchage du lait écrémé sur cylindres que lors du séchage de lait entier. Cependant, le lait écrémé en poudre est fabriqué en utilisant le séchage par pulvérisation.

Low heat – high heat: après avoir été soumis à un traitement thermique et à une dénaturation, le lait écrémé en poudre est classé (voir tableau 5). La fabrication de la poudre Low-Heat s’effectue en appliquant un traitement thermique du lait, du concentré de la poudre aussi faible que possible. Lors de l’écrémage déjà, on utilise des séparateurs de lait froid pour fabriquer la poudre Low-Heat. Les temps de séjour lors de température élevée sont réduits au minimum. Ainsi, on applique uniquement une pasteurisation effectuée avec ménagement et pas de traitement thermique intensif. La poudre High-heat a subi un chauffage intensif. Ce faisant, un grand nombre de protéines lactiques sont dénaturées. Ceci est recherché, par exemple, pour l’utilisation dans les produits de boulangerie. Les protéines de petit-lait dénaturées lient beaucoup d’eau.

Un refroidissement rapide après le séchage est particulièrement important pour la poudre de lait écrémé en raison de sa sensibilité à l’humidité et les réactions dues à la chaleur.

Dans les emballages fermés hermétiquement, la poudre de lait écrémé peut être conservée au-delà d’une année à 21°C. Etant donné qu’elle contient très peu de matière grasse, le risque d’oxydation est peu élevé.

7.3.4 Instantanéisation

Lors de la dissolution de la poudre de lait dans l’eau en vue de la reconstitution, les particules de poudre subissent divers processus:

  1. Absorption d’eau à la surface (mouillabilité - wettability).
  2. Pénétration d’un film d’eau vers la surface des particules (penetrability).
  3. Enfoncement dans l’eau (sinkability).
  4. Dispersion des particules sans formation de grumeaux (dispersibility).
  5. Dissolution des particules (rate of dissolving).

L’instantanéisation de la poudre de lait a pour but d’améliorer la vitesse et l’intégralité de la reconstitution du lait. Grâce aux méthodes suivantes, il est possible d’améliorer quelques-uns des processus partiels mentionnés lors d’une dissolution spécifique des particules (rate of dissolving) d’une poudre.

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Figure 8: Microstructure de poudre de lait agglomérée

Agglomération

L’agglomération provoque la formation de cavités entre les particules de poudre. Ainsi, de l’eau peut facilement et rapidement pénétrer dans ces cavités lors de la reconstitution (voir figure 8). Cela empêche la formation d’une couche visqueuse autour des particules de poudre compactes et groupées, comme cela se passe avec les poudres non instantanéisées. Une telle couche visqueuse empêche la poursuite de la pénétration d’eau et ralentit ainsi la reconstitution.

Le processus de l’agglomération comprend le mouillage de la surface de la particule avec de la vapeur, de l’eau ou un mélange des deux, l’agglomération proprement dite, le séchage subséquent, le refroidissement et le criblage permettent d’éliminer les particules trop fines et trop grossières:

  • L’agglomération primaire se déroule directement pendant le séchage et l’atomisation sous la forme d’un renvoi de poudre fine dans le nuage du concentré de lait.
  • L’agglomération secondaire s’effectue par le biais d’une réhumidification de la poudre déjà sèche.


Lécithinisation

Une telle agglomération ne suffit pas pour les poudres qui contiennent des matières grasses. La matière grasse libre sur la surface de la poudre entrave le mouillage. C’est la raison pour laquelle on pulvérise en outre une solution de lécithine sur de telles poudres en combinaison avec l’agglomération.  

7.3.5 Nouvelles connaissances - divers

Aujourd’hui, on fabrique de plus en plus souvent des poudres de lait spécifiques adaptées aux buts d’utilisation. On utilise donc uniquement la partie du lait destinée à la fabrication de poudre. Ainsi, il existe des poudres de protéines de lait hautement enrichies en protéines mais également des poudres enrichies en protéines avec une part de caséines accrue ou une part en protéines sériques accrue (voir chapitre 7.4).

Les techniques d’évaporation et de séchage sont optimisées de telle manière à ce que la qualité du produit s’améliore d’une part et que la consommation d’énergie et les coûts globaux d’évaporation et de séchage diminuent d’autre part. Etant donné que, lors de l’évaporation une plus grande récupération de la chaleur est possible que lors du séchage et qu’il en résulte ainsi une plus petite consommation d’énergie par kg d’évaporation d’eau, la matière sèche est augmentée autant que possible par l’évaporation. La viscosité par exemple de concentrés riches en protéines limite cette dernière. Ils doivent encore couler dans l’évaporateur et être pompables et pulvérisables.

Lors de la fabrication de lait écrémé en poudre, la première étape de concentration peut s’effectuer sous la forme d’osmose inverse. Une concentration en matière sèche d’environ 25 % est par conséquent possible. La concentration «restante» continue d’être obtenue en ayant recours à l‘évaporation. L’osmose inverse permet de réduire les coûts en énergie.

Les entreprises produisant du lait en poudre doivent fabriquer de grandes quantités de poudre afin de pouvoir travailler d’une manière qui soit rentable. C’est la raison pour laquelle, en Suisse, diverses entreprises fabriquant du lait en poudre ont dû fermer leurs portes dans le cadre de l’assainissement structurel. En 2016, environ 7 sites étaient encore en activité (Emmi Dagmersellen, Nestlé Konolfingen, Hochdorf, Swiss Nutrition (Hochdorf et Sulgen), Cremo (Villars-sur-Glâne, Lucens, Thoune). Les entreprises se spécialisent toujours davantage et produisent de plus en plus des produits spécifiques comme par exemple des poudres de protéines de lait «taillées sur mesure». Les aliments pour les enfants en bas âge et ceux destinés à l’alimentation entérale représentent des groupes de produits importants.

7.3.6 Utilisation

Le lait en poudre est apprécié en tant que précieux adjuvant dans toutes sortes d’aliments aussi bien du point de vue nutritif que technologique.

Lait entier en poudre
Le lait entier en poudre est dissout dans de l’eau et utilisé en tant que lait reconstitué. Surtout dans les pays ne disposant pas d’un grand secteur de production laitière, c’est un aliment de haute qualité apprécié. De grandes quantités de lait en poudre sont utilisées avec du beurre de cacao, de la masse de cacao et du sucre pour la fabrication de chocolat au lait. En outre, d’autres articles de confiserie, des biscuits, des articles de boulangerie, des sauces et divers produits laitiers contiennent de la poudre de lait entier.

Lait écrémé en poudre
Le lait écrémé en poudre est utilisé de différentes façons. Il parvient directement au consommateur en tant que lait écrémé reconstitué. Les fabricants de denrées alimentaires l’utilisent dans les desserts à base de lait, les crèmes glacées, les yaourts, les produits à base de viande, les produits à base végétale ressemblant à de la viande, les glaçages, les sauces, les mayonnaises, les boissons instantanées pour le petit-déjeuner, etc.

Les poudres de lait issues du séchage par atomisation, traitées avec beaucoup de ménagement et qui ont été adaptées autant que possible à la composition du lait maternel avant le séchage, servent de base aux aliments pour enfants et aux laits pour nourrissons.

7.4 Poudre de protéines de lait

Etant donné que, selon le but d’utilisation, différentes propriétés d’un seul ou de plusieurs composants du lait sont nécessaires ou d’autres composants peuvent être gênants, au lien de l’ensemble des composants du lait, on fabrique souvent une poudre spéciale à partir de quelques composants du lait. Grâce aux technologies de séparation par membrane (microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration et osmose inverse) qui se développent rapidement, on peut fractionner les composants du lait.

Par exemple, pour la standardisation des protéines en fabrication fromagère, on fabrique des produits à l’aide d’une microfiltration de pores fins, dans laquelle on trouve une concentration élevée de micelles de caséine. Les protéines de petit-lait ne sont pas nécessaires pour la fabrication de fromages, c’est pourquoi elles sont séparées et utilisées à d’autres fins spécifiques. Grâce aux différentes tailles des micelles de caséine et des protéines de petit-lait, la technologie membranaire est capable de les séparer. Les micelles de caséine ont un diamètre de 0,01 – 0,3 micromètres environ et les protéines de petit-lait de 0,003 – 0,06 micromètres. Les deux protéines peuvent être séparées avec la microfiltration membranaire adéquate dans ce domaine. La caséine demeure dans le rétentat, les protéines de petit-lait, le lactose et les sels minéraux parviennent dans le perméat. Utilisation supplémentaire de dialyse – l’ajout d’eau pour diluer les autres composants permet d’obtenir la caséine dans le rétentat sous une forme plus pure. Une membrane encre plus fine (ultrafiltration) permet de séparer le perméat du lactose et des sels minéraux. De même, l’utilisation supplémentaire de la dialyse permet d’obtenir une protéine de petit-lait sous une forme encore plus pure. Ainsi, ce processus de filtration membranaire en deux étapes fournit des caséines et des protéines de petit-lait sous une forme plus concentrée. Lors d’un traitement effectué avec ménagement, une grande partie de ces protéines se présentent à l’état natif avec les propriétés fonctionnelles correspondantes, comme par exemple la capacité de caillage à la présure des caséines ou un pouvoir émulsifiant et un pouvoir de formation de gel des protéines de petit-lait.

Pour la fabrication de poudres de protéines de lait totales, on utilise une seule ultrafiltration couplée éventuellement à une dialyse pour l’épuration.

Après la séparation et la concentration avec des techniques de séparation par membrane, les produits sont conservés à l’aide d’un séchage par atomisation.

7.5 Babeurre en poudre

La composition du babeurre est comparable à celle du lait écrémé, mais le babeurre contient un peu plus de matière grasse et aussi des composants membranaires des globules gras comme des phospholipides et des protéines membranaires. La composition de la poudre de babeurre comparée à celle de la poudre de lait écrémé est visible dans le tableau 2. De manière analogue à la poudre de lait écrémé, la poudre de lait de babeurre est fabriquée sur la base de babeurre doux ou acide. Pour des applications dans le domaine technologique, on préfère utiliser de la poudre de babeurre douce en raison de sa qualité plus stable. La poudre de lait de babeurre issue de babeurre acide est utilisée uniquement en alimentation animale en raison de sa fragilité face à l’oxydation et l’instabilité au niveau du goût qui en résulte.

Les quantités accrues de phospholipides et de protéines de la membrane des globules gras dans le babeurre procurent à la poudre de lait de babeurre, et en particulier à la poudre issue de babeurre ultrafiltré, une fonctionnalité technologique accrue. Les phospholipides de faible masse moléculaire sont tensio-actifs et peuvent remplacer les émulsifiants classiques. Les protéines membranaires elles aussi possèdent de bonnes propriétés émulsifiantes. On trouve de tels produits fabriqués par des entreprises suisses sur le marché.

7.6 Poudre de petit-lait et protéines sériques

Le petit-lait est une matière première précieuse pour la fabrication de toutes sortes de produits. Si on évapore et sèche sans séparation sélective, on obtient de la poudre de petit-lait.

En raison de la faible teneur en matière sèche du petit-lait (env. 6 – 6,5 %) et la cristallisation nécessaire du lactose, la fabrication de poudre de petit-lait nécessite relativement beaucoup de travail.

Etant donné que le lactose amorphe est collant et très hygroscopique et engendrerait des problèmes lors du séchage, le lactose doit être cristallisé après l’évaporation et avant le séchage.

Les qualités de la poudre de petit-lait sont fixées en fonction du degré de cristallisation du lactose qui peut varier entre 0 et 95 %. Ceci engendre des tendances à former des grumeaux entre 100 et 0 %.

Pour la cristallisation du lactose, on augmente la concentration de la matière sèche du petit-lait de 42- 60 % à l’aide de l’évaporation ou de l’osmose inverse et de l’évaporation. Tout d’abord, le concentré est refroidi à 30°C et le lactose cristallisé pendant 4 – 24 heures. L’inoculation avec de fins cristaux de lactose déclenche la cristallisation. Pendant la cristallisation, le refroidissement jusqu’à 10°C se poursuit. Le lactose se cristallise sous forme de α lactose monohydraté. Après la cristallisation, le concentré est séché par atomisation.

Concentré de petit-lait et poudre de petit-lait sont utilisés en tant qu’additifs par l’industrie alimentaire ainsi que par l’industrie pharmaceutique et cosmétique. La poudre de petit-lait peut remplacer l’utilisation de poudre de lait écrémé dans divers produits. Dans les articles de boulangerie, on utilise de la poudre de petit-lait car elle permet d’améliorer le goût en particulier celui des pains clairs et des petits produits de biscuiterie-pâtisserie. Il contribue en outre à une meilleure dorure de la croûte et à un maintien de la fraîcheur des produits de boulangerie. Concentrés de petit-lait et poudres de petit-lait sont également utilisés par l’industrie des boissons.

Grâce à la technique de séparation par membrane moderne, les possibilités d’utilisation du petit-lait ont été nettement améliorées. La prédominance du lactose (72 % à 74 %) et la teneur élevée en sels minéraux (8 %) dans la poudre de petit-lait, qui limitent leur utilisation peuvent être écartées grâce aux techniques modernes. Comme cela a été décrit dans le chapitre consacré aux protéines lactiques, l’ultrafiltration permet de séparer les protéines de petit-lait des autres composants du petit-lait, le lactose et les sels minéraux. Avec la cristallisation et la séparation, on peut obtenir du lactose à partir du perméat d’ultrafiltration. Le petit-lait déminéralisé contient du lactose et des protéines de petit-lait et est fabriqué à l’aide d’une combinaison entre nanofiltration, électrodialyse et échange d’ions.

7.7 Bibliographie

Travaux publiés par Agroscope dans le domaine des concentrés et des produits à base de lait en poudre:

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  • Rüegg M., Moor U., 1993. A standardised approach for the measurement of hygroscopic properties of food materials. Lebensm.Tech. 26, 34-36.
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Littérature supplémentaire

  • Bisig W., Eugster E., 2010. Membrantrenntechnik, Milchingredienzen und Babynahrung. Module d’enseignement Haute école des sciences agronomiques, forestières et alimentaires HAFL, supports de cours Agroscope. 68 pages, pas publié.
  • Tamime A.Y., 2009. Dairy Powders and Concentrated Products. Wiley-Blackwell Publishing Ltd. Chichester, United Kingdom; 380 Seiten.
  • Corredig M., 2009. Dairy-derived ingredients – Food and nutraceutical uses. CRC Press – Woodhead Publishing Limited, Cambridge UK. 690 pages.
  • Kessler H.G., 2002. Food and Bio Process Engineering – Dairy Technology. 5e édition revue et complétée. Verlag A. Kessler, München. 679 pages.

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