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Science et Technologie du Lait Françoise NAU Département AgroAlimentaire Une ma

Science et Technologie du Lait Françoise NAU Département AgroAlimentaire Une matière première unique, pour une multitude de produits finis Laits de consommation Laits fermentés Beurres et crèmes Fromages Produits Industriels (PAI) Produits Diététiques & Médicaux Desserts lactés LES ETUDES de FranceAgriMer / Lait, 2010 Parts relatives des différents produits exprimées en % de matière sèche utile collectée 1. Les Laits de Consommation 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Finlande Suède Australie Danemark Colombie Suisse Canada USA Portugal Russie Nelle-Zélande Autriche France Allemagne Ukraine Brésil Argentine Mexique Inde Japon Corée du Sud Pérou Egypte Thaïlande Chine Venezuela Malaisie Vietnam Indonésie Philippines 158 66 0.5 Consommation moyenne annuelle (kg/habitant) Données 2008, CNIEL Une consommation bien ancrée dans les habitudes de consommation des Français : 68% d'entre eux en consomment au cours d'une semaine. 6 enfants sur 10 au moins une fois par jour. 4 adultes sur 10 quotidiennement. Source : Baromètre CNIEL 2007 Des niveaux de consommation extrêmement variables dans le Monde LES ETUDES de FranceAgriMer / Lait, 2010 Une production très largement dominée par le lait UHT… de plus en plus issue de très grosses unités de production… réparties sur tout le territoire. France GT 30°C < 5 104 cfu/mL Salmonelles : abs dans 25 g (n=5, c=0) S. Aureus : m=100 /mL, M= 500 /mL (n=5, c=2) Un produit contaminé par une flore microbienne variée dès la traite, qu’il faut décontaminer et stabiliser, avec une contrainte : seuls les procédés physiques sont autorisés TRAITEMENTS THERMIQUES Pasteurisation Stérilisation Traitement UHT CONCENTRATION SÉCHAGE MICROFILTRATION Lait Entier Crème Lait écrémé 90°C 20 s MF 1.4 µm FRV = 20 Lait microfiltré standardisé Lait Cru versus Laits décontaminés / stabilisés Quelques règles de composition des laits liquides Teneur en protéines MP ≥2.9 % (29 g/L) Teneur en matière grasse MG ≥3.5 % (≥35 g/L) Lait entier 1.8 % ≥MG ≥1.5 % (15 à 18 g/L) Lait demi-écrémé MG ≤0.5 % (5 g/L) Lait écrémé 1.1. Lait Pasteurisé Standardisation Homogénéisation Pasteurisation Conditionnement Schéma de fabrication Lait Pasteurisé Schéma de fabrication Standardisation Homogénéisation Pasteurisation Conditionnement Pourquoi standardiser le lait ? • aspects réglementaires • aspects économiques Que peut-on standardiser ? • le taux de matières grasses • le taux protéique Comment standardiser ? Protéines Ajout de protéines laitières (poudrage) Matières grasses Ajout ou prélèvement de crème ou addition de lait entier / demi-écrémé / écrémé Lait Pasteurisé Schéma de fabrication Standardisation Homogénéisation Pasteurisation Conditionnement Ecrémage du lait Un phénomène naturel… Migration spontanée des globules gras vers la surface Globule gras de rayon r et de masse volumique ρ ρ ρ ρc Phase aqueuse du lait (lait écrémé) de viscosité η η η η et de masse volumique ρ ρ ρ ρle Vitesse de crémage : V (m s-1) = g 2 r² (ρ ρ ρ ρle - ρ ρ ρ ρc) 9 η η η η Force de gravité Lait Pasteurisé Schéma de fabrication Standardisation Homogénéisation Pasteurisation Conditionnement … qu’on peut accélérer par centrifugation D’après document Alpha-Laval Vitesse angulaire ω ω ω ω Vc (m s-1) = ω ω ω ω² R 2 r² (ρ ρ ρ ρle - ρ ρ ρ ρc) 9 η η η η R : distance à laquelle se trouve le globule gras par rapport à l’axe central Une force centripète à l’origine de la remontée des globules gras vers l’axe central : Un entraînement par la phase aqueuse à l’origine de l’éloignement des globules gras depuis l’axe central : Vp (m s-1) = Q 2 π π π π R L / sinα α α α débit volumique entre deux assiettes circonférence à la distance R de l’axe hauteur entre deux assiettes vc vp L α α α α R Lait Pasteurisé Schéma de fabrication Standardisation Homogénéisation Pasteurisation Conditionnement D’hier à aujourd’hui, et de l’échelle artisanale à l’échelle industrielle Dessin issu d’un traité de zootechnie de 1900 Lait Pasteurisé Schéma de fabrication Standardisation Homogénéisation Pasteurisation Conditionnement Pourquoi homogénéiser le lait ? éviter le crémage naturel au cours du stockage en diminuant la taille des globules gras V (m s-1) = g 2 r² (ρ ρ ρ ρle - ρ ρ ρ ρc) 9 η η η η Comment homogénéiser ? Homogénéisateurs haute pression ∆ ∆ ∆ ∆P 1 globule de 10 µm 1000 globules de 1 µm Cavitation Entrée produit non homogénéisé Lait Pasteurisé Schéma de fabrication Standardisation Homogénéisation Pasteurisation Conditionnement L’homogénéisation modifie la structure de la membrane des globules gras 180 nm Fragment de membrane native Protéine soluble Fragment de micelle de caséine Micelle de caséine Globule gras homogénéisé Lait Pasteurisé Schéma de fabrication Standardisation Homogénéisation Pasteurisation Conditionnement Pourquoi pasteuriser le lait ? • détruire les formes végétatives des micro-organismes pathogènes • allonger la durée de conservation (/ flore mésophile) Comment pasteuriser ? traitement thermique de 72°C – 15 s ou toute combinaison équivalente Temps (s) Jeantet et al, 2008 GT 21°C : m = 5 104 cfu/mL, M = 5 105 cfu/mL (n=5, c=1) Microorganismes pathogènes : abs dans 25 g (n=5, c=0) Coliformes 30°C : m=0 cfu/mL, M= 5 cfu/mL (n=5, c=1) Louis Pasteur (1822-1895) Lait Pasteurisé Schéma de fabrication Standardisation Homogénéisation Pasteurisation Conditionnement Trois types de traitement de pasteurisation du lait Pasteurisation basse • 62 à 65°C / 30 min • batch uniquement Pasteurisation HTST • 71 à 72°C / 15 à 40 s • réservée à une MP de bonne qualité hygiénique • test <0 à la phosphatase, test >0 à la péroxydase Flash pasteurisation • 85 à 90°C / 1 à 2 s • réservée à une MP de qualité hygiénique moyenne • tests <0 à la phosphatase et à la péroxydase Equipements de pasteurisation du lait Lait Pasteurisé Schéma de fabrication Standardisation Homogénéisation Pasteurisation Conditionnement Echangeur de chaleur Fluide à chauffer Fluide chauffant Salle de traitements thermique par échangeurs à plaques Echangeur tubulaire Lait Pasteurisé Schéma de fabrication Standardisation Homogénéisation Pasteurisation Conditionnement Conditionnement du lait pasteurisé 1.2. Laits de longue conservation • destruction de tous les micro-organismes (formes végétatives et sporulées) • 12 réductions décimales de Clostridium botulinum Deux types de produits • lait stérilisé • lait UHT Nicolas Appert (1749-1841) a. Lait Stérilisé Standardisation Homogénéisation Stérilisation Conditionnement Schéma de fabrication Pré-stérilisation Refroidissement Lait Stérilisé Standardisation Homogénéisation Stérilisation Conditionnement Schéma de fabrication Pré-stérilisation Refroidissement Pourquoi une étape de pré-stérilisation ? prétraitement permettant d’abaisser le barème de stérilisation sensu stricto Comment ? 130 à 140°C pendant 3 à 4 s puis refroidissement entre 70 et 80°C avant conditionnement Lait Stérilisé Standardisation Homogénéisation Stérilisation Conditionnement Schéma de fabrication Pré-stérilisation Refroidissement Quel barème pour stériliser le lait ? • 115°C pendant 15 à 20 min • suivi d’un refroidissement rapide Quelles méthodes de stérilisation ? • autoclave • tour hydrostatique Exemples d’autoclaves industriels (Steriflow) Principe de fonctionnement d’une tour hydrostatique b. Lait UHT Schéma de fabrication Standardisation Homogénéisation Conditionnement Traitement UHT Pré-chauffage Lait UHT Standardisation Conditionnement Traitement UHT Schéma de fabrication Pré-chauffage Homogénéisation Spécificité et intérêt du traitement UHT Lait UHT Schéma de fabrication Traitement UHT DIRECT • Upérisation (injection de vapeur dans le lait) • Infusion (injection de lait dans la vapeur) Diagramme d’un système de stérilisation du lait par UHT direct (système Thermovac) (Source : azaquar.com) Standardisation Conditionnement Traitement UHT Pré-chauffage Homogénéisation Lait UHT Schéma de fabrication Traitement UHT INDIRECT • par échangeurs à plaques • par échangeurs tubulaires Standardisation Conditionnement Traitement UHT Pré-chauffage Homogénéisation Lait UHT Schéma de fabrication Conditionnement aseptique Standardisation Conditionnement Traitement UHT Pré-chauffage Homogénéisation c. Laits Concentrés Standardisation Traitement thermique Homogénéisation Concentration Schéma de fabrication Addition de sels stabilisants Conditionnement Homogénéisation Conditionnement Stérilisation Addition de saccharose Lait concentré sucré Lait concentré Standardisation Conditionnement Concentration Schéma de fabrication Pré-chauffage Homogénéisation Laits Concentrés ( Stérilisation ) Addition de sels stabilisants Addition de saccharose Concentration par évaporation sous vide Schéma de principe d’un évaporateur simple effet … … et multiple effet (Jeantet et al., 2006) P1 P2 P3 P4 T1 T2 T3 T4 P1 P2 P3 P4 T1 T2 T3 T4 > > > > > > GEA, Wiegand Standardisation Conditionnement Concentration Schéma de fabrication Pré-chauffage Homogénéisation Laits Concentrés ( Stérilisation ) Addition de sels stabilisants Addition de saccharose 1.3. Laits « Spéciaux » Laits infantiles • laits maternisés • laits « de suite » • laits de croissance… Lait maternel Lait de vache Protéines (g/L) 14 32 Caséines / Protéines solubles 40/60 80/20 ß-lactoglobuline (g/L) 0 3,6 α-lactalbumine (g/L) 2,6 1 Lipides (g/L) 36 37 AG saturés (%) 50 60 AG insaturés (%) 50 40 Acide linoléique (g/100g) 0,3 0,038 Lactose (g/L) 65 50 Minéraux (g/L) 2 9 Laits supplémentés • en protéines •en minéraux • en vitamines • en acides gras n-3 Lait demi - écrémé ( 99,8% ), huile de poisson ( 0,2% ), boisson stérélisée U.H.T. à base de lait demi – écrémé et d' huile riche en Oméga 3. Calcium : 120 mg. Laits Concentrés Laits « Spéciaux » Laits modifiés • pauvre en lactose • hypoallergéniques • pauvre en sodium Table 1. Frequency of Lactose Intolerance in Adults in Various Populations 3 Danes 6 British, UK 21 Caucasians, US 65 African Americans 71 Southern uploads/Industriel/ science-et-technologie-du-lait-francoise.pdf