Filtration de dispersions de micelles de caséine. : Propriétés physiques, rhéologiques et cohésives des couches concentrées accumulées à la surface de la membrane.

Filtration of casein micelle dispersions : physical, rheological and cohesive properties of accumulated layers at the membrane surface.

• Auteur / Autrice : Floriane Doudies
• Direction : Geneviève Gesan-Guiziou, Frédéric Pignon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés agroalimentaires
• Date : Soutenance le 18/12/2019
• Etablissement(s) : Rennes, Agrocampus Ouest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Science et Technologie du Lait et de l'Oeuf / STLO

Mots clés

Mots clés libres

Filtration

Micelles de caséine

Gel

Relaxation

Conditions opératoires

Saxs

Filtration

Casein micelles

Gel

Relaxation

Operating conditions

Saxs

Résumé

Lors de l’ultra- ou de la microfiltration de lait écrémé, les micelles de caséine, particules colloïdales poreuses et déformables, viennent s’accumuler à la surface des membranes passant de l’état liquide (sol) à l’état solide (gel) sous certaines conditions. Cela conduit à des altérations notables des performances de la filtration. Afin de mieux maîtriser les opérations de filtration, il est nécessaire de mieux connaître les conditions opératoires qui conduisent à la formation de ces gels et leurs propriétés. Deux stratégies ont été adoptées pour cela : (i) une approche ex-situ, pour étudier les propriétés physiques, rhéologiques et cohésives des micelles de caséine concentrées; (ii) une approche in-situ par diffusion de rayons X aux petits angles (SAXS) lors de l'ultrafiltration de micelles, afin de suivre les évolutions spatio-temporelles des profils de concentration en micelles de caséines à la surface de la membrane.Par l'approche ex-situ, il a été mis en évidence des différences de comportement entre les dispersions de micelles de caséine à 7 et 20°C : à 7°C les micelles de caséine sont moins compressibles, leur concentration de transition sol-gel est plus basse et elles développent des interactions plus cohésives qu'à 20 °C. Par l'approche in-situ, les résultats montrent qu’il est possible d’éliminer partiellement les dépôts formés durant les filtrations tangentielles et frontales, en relâchant la pression appliquée. L’élimination du dépôt semble se faire par gonflement du gel de micelles de caséine par diffusion du solvant à la fois du côté de la veine liquide (cô

During skim milk ultra- or microfiltration, casein micelles that are porous and deformable colloidal particles, accumulate at the membrane surface and can turn from liquid state (sol) to solid state (gel) under some operating conditions. This leads to significant alterations of the filtration performances. In order to control filtration operations, it is necessary to better understand the operating conditions that lead to the formation of these gels and to their properties. Two approaches have been developed to answer to this problematic: (i) an ex-situ approach, to study physical, rheological and cohesive properties of concentrated dispersions of casein micelles; (ii) an in-situ approach with Small-Angle X-ray Scattering (SAXS) to follow spatio-temporal evolution of casein micelle concentration profilesat the membrane surface during casein micelle ultrafiltration. By the ex-situ approach, the results show a difference of casein micelle dispersion behavior between 7 and 20 °C: at 7 °C, casein micelles are less compressible, their sol-gel transition concentration is lower and they developed more cohesive interactions than at 20 °C. By the in-situ approach, the results show that it is possible to partially remove deposits accumulated during crossflow and frontal filtration by a pressure relaxation. The deposit is removed likely by swelling of the casein micelle gel with diffusion of the solvent. These results allow to consider new perspectives of the rinsing and cleaning steps of membranes.