Développement de méthodologie, conception et validation de détergents / biocides pour le nettoyage en place de membranes polymères de l’industrie laitière

Methodology development, formulation and validation of detergents / biocides for polymeric membrane cleaning in place in the dairy industry

• Auteur / Autrice : Lucie Le Petit
• Direction : Murielle Rabiller-Baudry, Régis Périon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie : procédés et environnement
• Date : Soutenance le 28/04/2020
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nettoyage industriel

Détergents

Membranes (technologie)

Mots clés libres

Nettoyage en place

Formulation

Filtration

Membrane

Lait écrémé

Protéines

Vieillissement

Cleaning-In-Place

Formulation

Filtration

Membrane

Skimmed milk

Proteins

Membrane ageing

Résumé

L’étape de nettoyage et désinfection est une étape indispensable au processus de filtration du lait. Elle permet de restaurer les performances membranaires et éliminer le colmatage ainsi que d’assurer la sécurité sanitaire et la qualité du produit. Elle nécessite du temps, de l’énergie, de l’eau et des produits chimiques. Pourtant, cette étape est encore gérée empiriquement dans les industries et demeure un verrou scientifique et technique des procédés membranaires. En industrie, l’efficacité du nettoyage est contrôlée en ligne par des mesures de flux. Cependant, ces mesures ne sont pas suffisantes pour attester d’un bon nettoyage ou même vérifier si le membrane n’est pas dégradée. En effet, lors du développement d’un détergent il faut prendre en compte son efficacité envers les colmatants résiduels (ici les protéines du lait) mais aussi son innocuité vis-à-vis de la membrane. Nos travaux se sont déroulés selon 3 axes : (i) le développement d’une méthodologie visant à prouver l’innocuité d’un détergent vis-à-vis d’une membrane (les méthodes actuelles étant trop chronophages) ainsi que la validation d’un biocide acide non oxydant (ii) la conception et la validation de deux détergents formulés alcalins (pH 12.0-12.5 et pH 11.5-12.0) et la validation de détergents commerciaux enzymatiques, l’efficacité des détergents étant déterminée par quantification des protéines résiduelles et l’innocuité validée également grâce à la technique ATR-FTIR (entre autres) (iii) puis une partie plus théorique sur le développement d’une aide à la formulation de détergents à partir de mesures d’angle de contact et de la théorie de Van Oss.

The cleaning and disinfection step is an essential step in the overall milk filtration process. It restores membrane performance and eliminates fouling as well as ensuring health safety and product quality. It requires time, energy, water and chemicals. However, this stage is still managed empirically in industries and remains a scientific and technical obstacle to membrane processes. In industry, the effectiveness of cleaning is monitored online by flow measurements. However, these measures are not sufficient to attest to a good cleaning or even to check if the membrane is not degraded. Indeed, during the development of a detergent, it is necessary to take into account its effectiveness towards residual fouling (here milk proteins) but also its harmlessness towards the membrane. Our work followed 3 main lines : (i) the development of a methodology to prove the harmlessness of a detergent towards a membrane (current methods are too time-consuming) as well as the validation of a non-oxidizing acid biocide (ii) the formulation and validation of two alkaline formulated detergents (pH 12.0-12.5 and pH 11.5-12.0) and the validation of commercial enzymatic detergents, the effectiveness of the detergents being determined by quantification of the residual proteins and the harmlessness also validated thanks to the ATR-FTIR technique (iii) then a more theoretical part on the development of an assistance for detergent formulation built on contact angle measurements and the Van Oss theory.