Lignes de production MGLA

Vue d'ensemble

L'objectif central du procédé AMF est de décomposer l'émulsion d'huile dans l'eau et de séparer tous les composants qui ne sont pas des graisses du lait. Deux variantes sont possibles : soit la voie directe par écrémage du lait cru suivi d'un traitement/une concentration supplémentaire de la crème, soit à partir de beurre. Compte tenu du procédé flexible employé et de la structure automatisée du procédé, il est possible d'utiliser de la crème ainsi que du beurre de crème douce et sure en tant que matière de base pour fabriquer des AMF.

Procédé de fabrication de matières grasses laitières anhydres (AMF) à partir de crème
Procédé de fabrication de matières grasses laitières anhydres (AMF) à partir de crème

L'organigramme illustre un exemple de fabrication d'AMF à partir de crème.

Il est aussi possible d'intégrer un traitement au NaOH, qui permet de réduire la teneur en acides gras libres. Divers paramètres et variables de process peuvent être entrés dans la solution de contrôle de l'installation pour les divers matériaux et qualités ; ces paramètres et variables de process ajustent automatiquement tous les réglages et procédures fonctionnelles pour répondre aux besoins du produit spécifique en question.

Procédé standard

De la crème d'une teneur en matière grasse d'environ 40 % est introduite dans le système et est initialement chauffée à une température de 55 à 60°C dans un échangeur à plaques. Cette température est nécessaire pour que la crème qui doit être concentrée dans la cuve du séparateur ait une faible viscosité et qu'il y ait, parallèlement, une différence de densité maximale entre la phase de crème concentrée et la phase sérique. Un concentrateur de crème concentre ensuite la crème pour atteindre jusqu'à 75 pour cent de matière grasse. Ce concentré est alors envoyé au procédé d'inversion de phase. Le sérum séparé est pompé du séparateur dans le tank à lait après le refroidissement et la récupération de la chaleur. Cela signifie que le sérum encore chaud est utilisé pour la récupération de chaleur, qui a aussi une influence positive sur le rendement énergétique de tout le système.

Comme dans le cas de la fabrication du beurre, l'objectif initial est de décomposer et de séparer la membrane des globules gras pour réaliser l'inversion de phase. Il est possible de faire éclater la membrane des globules gras en utilisant de l'énergie mécanique. Le procédé de libération des graisses et le procédé de conversion de phase associé se font en divisant les globules gras intacts mécaniquement au moyen d'un homogénéisateur. Les aspects suivants sont extrêmement importants pour une conversion de phase efficace : la concentration de la crème introduite dans l'homogénéisateur, la conception de l'homogénéisateur, la pression d'homogénéisation et la recirculation particulière du milieu en phase inversée.

Dans le concentrateur d'huile en aval, l'émulsion et le sérum, tout comme la phase lourde, sont séparés de la phase huileuse légère et recyclés dans la phase de concentration de la crème. D'autre part, la phase huileuse légère qui a une concentration atteignant environ 99 pour cent est chauffée à une température d'environ 90°C et lavée après l'ajout d'eau. L'eau de lavage est séparée dans un dispositif de polissage de l'huile et la teneur en eau résiduelle est réduite dans un évaporateur sous vide. À ce stade, l'huile de beurre ainsi obtenue se distingue par une teneur en huile d'au moins 99,8 % et, en tant que telle, est conforme aux standards de qualité les plus stricts. Avant d'être transférées en vue de leur stockage, les AMF sont refroidies à une température d'environ 50°C.

Concentration de la crème

Concentrateur de crème
Concentrateur de crème

La concentration de la crème s'effectue avec des séparateurs de lait spécialement adaptés qui sont conçus pour la concentration d'une crème visqueuse. La crème préchauffée est transportée de l'échangeur à plaques directement dans l'alimentation du séparateur. La concentration se déroule dans le séparateur et permet de passer de 35 à 42 pour cent à de 72 à 75 de graisses en pourcentage. Cette teneur en graisses est celle minimale à atteindre pour optimiser les phases de process en aval. La crème très visqueuse est transférée directement en empruntant le plus court trajet possible dans le tank dit à forte teneur en matières grasses qui sert de tampon en amont de l'homogénéisateur et de l'inversion de phase. Le sérum séparé est convoyé dans un tank de stockage après récupération de chaleur et refroidissement final.

Inversion de phase

Inversion de phase
Inversion de phase

À l'état normal, la matière grasse du lait forme une émulsion stable avec de l'eau de type huile dans l'eau. Pour stabiliser l'émulsion, les matières grasses sont enveloppées d'une enveloppe absorbante de phospholipides et protéines. 

La décomposition de cette émulsion et la séparation de tous les composant qui ne sont pas des matières grasses du lait est l'objectif de la production d'AMF. Il est possible de rompre la membrane en utilisant l'énergie mécanique ou une réaction chimique. De l'énergie mécanique (par ex., l'homogénéisation) est utilisée pour faire éclater les membranes. Des globules gras plus petits sont formés par les membranes qui viennent d'être créées, qui ont elles-mêmes été créées par la fragmentation des membranes d'origine et à partir des protéines du sérum du lait.

La réduction des globules gras est également employée, par exemple, dans le procédé utilisé pour le lait à boire, pour empêcher l'effet dit de « crémage ».

Une inversion de phase complète n'est pas possible avec ce procédé. De plus, une couche d'émulsion relativement stable se forme à partir de la quantité existante de crème et d'une partie du sérum ; elle empêche la séparation en formant une troisième couche entre les phases huileuse et sérique.

Des mesures spéciales sont nécessaires si le procédé réversible de formation de nouveaux globules gras intacts doit être minimisé.

Ces mesures s'utilisent pour minimiser le contenu de l'émulsion : les trois fractions, à savoir les matières grasses, les phospholipides et les protéines, comptent pour beaucoup dans la stabilité de l'émulsion. Si l'une de ces trois fractions est retirée, ou est modifiée de manière telle qu'elle ne peut plus être utilisée comme bloc de construction pour les membranes, la formation de globules gras intacts est empêchée et la formation de l'émulsion n'est pas possible.

Lorsque tous les paramètres susmentionnés sont appliqués à l'inversion de phase, le degré d'inversion obtenu est de l'ordre de 80 à 95 pour cent.

Contrairement à l'homogénéisation standard, le but n'est pas de réduire la taille des globules gras mais de détruire les membranes ou les enveloppes pour pouvoir récupérer le gras. Il est, par conséquent, important d'empêcher la formation de globules gras dotés de nouvelles membranes intactes.

Une première conclusion de ce qui précède est que la quantité de sérum doit être minimisée avant le début de la production d'huile, de sorte à minimiser la quantité de blocs de construction de membrane disponibles.

Pour atteindre une libération adéquate du gras, une teneur en matière grasse de la crème de plus de 75 pour cent est requise et s'obtient dans le concentrateur de crème. La libération du gras, et l'inversion de phase qui en découle, se font par fragmentation mécanique des globules gras intacts dans un homogénéisateur.

Inversion de phase - Homogénéisateur

Concentration de l'huile

Concentrateur d'huile
Concentrateur d'huile

Après l'inversion de phase, une concentration ultérieure du gras a lieu lors de la phase de séparation suivante : la concentration en huile. Contrairement à la première étape de concentration, cette étape n'est plus effectuée avec le séparateur de lait classique, mais dans un séparateur d'huile spécial. Contrairement au séparateur-écrémeur, la configuration de la pile de disques est fondamentalement différente. Cela est dû, en premier lieu, aux flux de volumes qui ont changé, vu que la phase grasse représente désormais la partie la plus importante et, en deuxième lieu, au fait que le focus est désormais la pureté de l'huile.

Cela est on ne peut plus clair lorsque qu'on observe une coupe de bol de séparateur d'huile. Les canaux montants sont orientés vers le bord extérieur pour obtenir le plus long trajet possible pour l'huile et, par conséquent, un haut niveau de pureté. L'huile doit être le plus exempte de protéines possible pour éviter toute nouvelle émulsification dans la suite du procédé. La teneur en matière grasse du sérum ne joue qu'un rôle secondaire dans cette phase du procédé.

Dans cette phase, la concentration du produit passe d'environ 72 à 75 pour cent de matière grasse à environ 99 pour cent. La phase d'émulsion susmentionnée et le sérum sont séparés comme une phase lourde. L'émulsion en particulier est séparée grâce à la conception spéciale du bol. 

Selon la proportion de matière grasse libre produite par l'inversion de phase, la teneur en matière grasse du sérum est compris entre 15 et 25 pour cent. À cause de l'étape précédente d'inversion de phase, le sérum de ce séparateur se distingue par une très haute teneur en phospholipides et lécithine qui est comparable à celle d'un beurre à base lait obtenu par un procédé de barattage classique. 

Le sérum est introduit dans le tank d'équilibrage en amont du concentrateur de crème. De la sorte, le gras est séparé à nouveau du sérum pendant la concentration de la crème. Le sérum écrémé de cette façon est évacué de la zone de process sous forme de phase mélangée, ce qui signifie qu'un seul flux de sérum est produit. Avant la prochaine étape de séparation, l'huile concentrée est chauffée à la température de process correspondante d'environ 90°C.

Polissage de l'huile

Composition de l'huile avec et sans polissage
Composition de l'huile avec et sans polissage

L'huile concentrée et chauffée est « polie » au cours de la dernière étape de séparation. Cette étape garantit le haut niveau de pureté de l'AMF demandé conformément au codex. Le schéma ci-dessus montre la composition de l'huile sans polissage dans la partie supérieure et avec polissage dans la partie inférieure.

Pour obtenir une « purification » ultérieure de l'huile, une quantité définie d'eau chaude est ajoutée à l'huile concentrée. Cette eau dilue la concentration de l'huile et, par conséquent, dilue aussi le contenu de lactose et de cendres encore présent.

L'eau ajoutée est séparée immédiatement dans le séparateur de polissage. L'huile purifiée et concentrée de cette façon atteint une concentration qui avoisine 99 pour cent de matière grasse. Le mélange sérum-eau séparé contient les constituants du lait encore séparés et présente une très faible teneur en matière grasse en plus de l'eau ajoutée. Pour assurer une teneur en eau inférieure à 0,1 pour cent de l'huile, l'huile est transportée vers la dernière étape du procédé avant de pouvoir être refroidie et emballée.

Séchage de l'huile / séchoir sous vide

L'huile chauffée à 90°C est introduite dans un séchoir sous vide après le polissage. L'admission du produit est conçue pour assurer une surface aussi grande que possible et, par conséquent, une bonne évaporation de l'eau. Un condensateur installé et une pompe à vide réduisent la pression dans la cuve à environ -0,9 bar, de sorte que l'eau s'évapore à une température inférieure à 100°C. La même pompe aspire les vapeurs produites. Avant que ces dernières ne soient évacuées hors du circuit fermé, un refroidissement éclair a lieu. Les possibles composants gras résiduels, qui sont éliminés avec les vapeurs, sont séparés dans un tank d'écrémage et n'encombrent donc pas les circuits d'eaux usées.

L'huile est séparée de la partie inférieure de l'évaporateur et transférée/pompée pendant la phase de refroidissement.

Réduction des AGL

Les AGL (acides gras libres) dans le produit fini (l'huile) entraînent en règle générale une perte de qualité. Les normes IDF fixent d'ailleurs une limite maximale pour la teneur en AGL (figure 1). Si la teneur en AGL doit être réduite, par exemple parce que les valeurs initiales sont trop élevées, il est possible pour cela d'employer des moyens physiques et chimiques.

Les acides gras libres sont des graisses à chaîne courte, comme les acides butyriques, les acides caproïques et les acides carminiques. Le produit présentera des problèmes de goût (rancissement) et/ou d'arôme si ces acides sont présents dans des concentrations suffisantes.

Les acides gras libres résultent du procédé par lequel les enzymes lipase adhèrent à la membrane des globules gras et décomposent la matière grasse libre dans le temps. Il est nécessaire de tenir compte

du fait que l'activité de l'enzyme est très lente à basses températures. Son activité est maximale à environ 37°C. Au-dessus de 50°C, son activité est minimale et elle s'arrête complètement aux températures plus élevées (> 60°C). En partant de l'hypothèse qu'il peut y avoir une teneur en AGL relativement élevée dans le produit initial, principalement de la crème et du beurre, il peut être nécessaire de prendre des mesures particulières pour éliminer les acides gras libres du produit.

Un procédé de saponification peut être utilisé pour réduire la teneur en AGL. L'ajout de potasse (valeur-pH-produit > 11) entraîne la saponification des acides gras libres.

Le floculat qui en résulte peut ensuite être séparé dans le séparateur de polissage. La phase produite doit être retirée complètement du procédé.

Indice de peroxyde

La qualité de l'huile de beurre est aussi déterminée par l'indice de peroxyde qui est exprimé en milliéquivalents d'oxygène O lié par du peroxyde par kilogramme d’huile. La règle est que l'oxydation des graisses qui a déjà eu lieu ne peut pas être réduite ; mais il est possible de la supprimer ou de la maintenir constante pendant une certaine période de temps. Cela se fait en ajoutant des antioxydants.

Les antioxydants sont des additifs qui empêchent l'augmentation de l'indice de peroxyde de l'huile et, dans une certaine mesure, réduisent les valeurs de peroxyde déjà présentes. On peut, par exemple, utiliser du tocophérol.

La concentration finale en tocophérol de l'huile de beurre doit être inférieure à 200 ppm. GEA a le savoir-faire pour préparer et ajouter des substances de cette nature.

Écrémage secondaire

Écrémage secondaire comparé au procédé standard

Écrémage secondaire du sérum bêta

Pendant la séparation centrifuge du produit, la plupart des phospholipides migrent dans le sérum. C'est pour cette raison qu'il est nécessaire de calculer la teneur en phospholipides pour déterminer le rendement de la « phase lourde » d'un procédé d'huile de beurre. La crème utilisée est, normalement, de la crème pasteurisée. La principale différence par rapport au procédé standard tient au fait qu'une phase sérique est recyclée, car les phospholipides sont libérés par les membranes des globules gras pendant le procédé d'inversion de phase.

Contrairement au procédé standard, un écrémage séparé du séparateur de sérum du concentrateur d'huile est effectué. Le sérum en provenance du séparateur d'huile est recueilli dans un tank tampon et introduit dans l'écrémeur dit de sérum bêta. La graisse qui est séparée pendant cette étape est envoyée directement au procédé AMF, dans le tank dit à forte teneur en matières grasses. 

Cette variante du procédé présente deux gros avantages. Premièrement, un refroidissement séparé après l'écrémage secondaire et donc une disponibilité séparée du sérum bêta qui présente une teneur particulièrement élevée en phospholipides et constitue par conséquent une base idéale pour les produits spéciaux. Deuxièmement, l'écrémage secondaire séparé allège les contraintes pesant sur le concentrateur de crème ce qui permet d'utiliser un type de machine plus petit pour la même contenance d'huile ou, dans le cas d'installations existantes, d'obtenir une contenance d'huile supérieure par écrémage secondaire par post-transformation. 

Le sérum alpha n'est pas mélangé avec le sérum bêta dans ce procédé et, par conséquent, présente une très faible teneur en phospholipides par rapport au procédé standard. De la sorte, l'utilisation du sérum peut être comparée avec les possibilités d'un lait écrémé ; il faut cependant noter que la teneur en matière grasse est légèrement supérieure par rapport à un lait écrémé car une certaine proportion de matière grasse passe dans la phase sérique pendant la concentration de la crème.

Procédé avec du beurre

Avec du beurre en tant que produit de départ, l'émulsion eau dans l'huile est déjà présente. Une inversion de phase partielle se sera produite au cours du procédé de barattage. Le produit de départ revêt une importance décisive pour la conception de l'installation. Basiquement, une installation de process utilisant de la crème est aussi adaptée pour la séparation du beurre fondu.

Beurre de crème douce

Lorsque du beurre de crème douce d'un pH d'environ 6,5 doit être traité et qu'aucun « agent chimique » (par ex., de l'acide citrique) n'est autorisé pour la dénaturation des protéines, la couche d'émulsion doit être prise en compte.

La centrifugation et la destruction de cette couche ne peuvent être effectuées que par des séparateurs spécialement conçus et par inversion de phase. La méthode de fonctionnement du séparateur a une influence décisive sur le procédé, l'équipement supplémentaire requis et l'efficacité de l'installation. Pour transformer le beurre de crème douce, il est nécessaire d'utiliser un séparateur qui permettent d'atteindre une concentration de 99,5 pour cent de matière grasse. L'émulsion doit être évacuée avec la phase sérique.

Le beurre fondu, c'est-à-dire fondu avec le BXA, est normalement pompé directement dans le tank à forte teneur en matières grasses. Les mottes de beurre sont prélevées dans le dispositif de stockage réfrigéré à, par exemple -20°C, et sont fondues dans le système de fonte. La température du produit dans le tank tampon, selon la conception de l'installation, est comprise entre 45 et 65°C. La température du produit est portée à de 70 à 75°C dans un échangeur à plaques. 

Une inversion de phase dans un homogénéisateur est requise pour minimiser la phase d'émulsion. Le concentrateur d'huile termine la séparation de 99 pour cent de matière grasse. La phase lourde, un mélange de babeurre et de particules d'émulsion résiduelles, est introduite dans un séparateur d'écrémage.

La phase huileuse (ou phase légère) est chauffée à environ 90°C avant d'être de nouveau séparée dans un autre séparateur. Avant que l'huile n'entre dans le séparateur de polissage, de l'eau de lavage est ajoutée pour améliorer la qualité de l'huile.

Les étapes suivantes du procédé sont comparables à celles des procédés déjà décrits. Étant donné qu'il n'y a pas de concentrateur de crème, l'écrémage secondaire de la phase sérique après le concentrateur d'huile est vivement recommandé. Lorsque du beurre de crème sure d'un pH de 4,6 à 4,5 et présentant une teneur en protéines accrue doit être traité, il est possible d'utiliser un décanteur. Séparer la concentration des solides est possible.

Dans tous les cas, un séparateur (un séparateur de polissage) doit être installé en aval pour augmenter la concentration en matière grasse jusqu'à 99,5 pour cent.

Beurre salé

La quantité de beurre salé utilisé en tant que matière première pour la production d'huile de beurre a connu une croissance régulière au cours de ces dernières années. La teneur en sel est éliminée avec le babeurre pendant la séparation centrifuge. La concentration en sel du babeurre augmente à jusqu'à 10 pour cent environ si la teneur en sel d'origine du beurre était, par exemple, de 2 pour cent. Le traitement ultérieur du babeurre salé est limité.

La phase d'émulsion dans le beurre de crème douce salée peut aussi être « rompue » par l'ajout d'acide citrique. En même temps, les protéines du beurre sont dénaturées. La matière crue traitée se comporte ensuite exactement de la même manière que le beurre de crème sure.

Le beurre fondu est amené à un pH de 4,5 à 4,6 en ajoutant de l'acide. À ce pH, d'une part les protéines libres sont dénaturées et, d 'autre part, à cause de l'altération des protéines de la membrane intacte des globules gras, la membrane éclate et l'émulsion est détruite. Un sédiment facilement décantable est ensuite obtenu en plus d'une phase d'eau et huile claire. Par rapport au « vrai » beurre de crème sure, la teneur en sédiment est considérablement inférieure. Une des raisons est qu'il y a moins de matière sèche sans graisse (en partie constituée de protéines) dans le beurre de crème douce que dans le beurre de crème sure.

Procédés spéciaux / Solutions spéciales

En plus des procédés décrits ci-dessus, des solutions spéciales sont requises dans certaines régions géographiques pour satisfaire toutes les demandes.

Procédés par lots

Si les quantités de crème à transformer sont limitées, il est possible d'utiliser un système comprenant deux séparateurs. Dans ce cas en plus du séparateur de crème, un seul séparateur d'huile est utilisé au lieu de deux.

Pour pouvoir produire des AMF avec ce système, deux passages sont effectués dans l'installation. Lors de la première étape/du premier lot, la crème est concentrée, l'inversion de phase est effectuée et l'huile est concentrée.

Ce produit intermédiaire est stocké dans un grand tank tampon. Une fois ce dernier plein, le procédé est interrompu et l'installation est préparée pour le second lot/la deuxième étape, sans transformer de crème fraîche.

À l'étape suivante, l'huile qui a été concentrée au préalable subit les mêmes étapes de procédé que le produit cru au round précédent. Le dispositif qui a servi à chauffer la crème à la première étape est utilisé pour chauffer l'huile à 90°C. 

Le concentrateur d'huile utilisé au préalable est utilisé comme dispositif de polissage à la seconde étape et le produit intermédiaire de la première étape est raffiné pour atteindre la qualité requise pour l'AMF.

Les étapes suivantes sont comparables à celles du procédé original.

Production de ghee

Ligne de process pour la fabrication de ghee
Ligne de process pour la fabrication de ghee

Le ghee, que l'on appelle aussi le beurre clarifié, est une des matières grasses les plus importantes dans de nombreuses régions du globe. Il est, par exemple, très utilisé dans les cuisines indienne, pakistanaise et africaine.

Pour produire du ghee, les protéines doivent rester le plus longtemps possible dans le produit contrairement aux AMF et subir un traitement thermique de manière à obtenir le goût désiré.

La méthode classique consiste à chauffer et faire bouillir sur le feu du beurre ou de la crème dans une casserole jusqu'à ce que toute l'eau soit évaporée et que les protéines « brûlent » et se dénaturent.

Le dépôt est filtré et la phase grasse est le ghee.

Pour rendre ce procédé plus efficace et plus rapide, il est possible d'utiliser des séparateurs simples en combinaison avec des hydrocyclones. Après avoir fait fondre le beurre et laissé s'évaporer l'eau, le produit préparé est séparé des solides dans un clarificateur et le cyclone en amont, et atteint un haut niveau de pureté au cours du procédé.

Les étapes intermédiaires comme la sédimentation sont inutiles de sorte que les casseroles existantes peuvent être utilisées de manière plus efficace.