Caractérisation de filtrabilité par la filtration centrifuge – CEFU

Il existe une grande diversité des techniques pour la mesure de la filtrabilité de suspensions. Cependant, les techniques existantes ne sont pas adaptées à la caractérisation rapide d’un grand nombre de petits échantillons (surtout, des échantillons liquides).Depuis quelques années l’Université Technologique de Compiègne et la société LUM GmbH travaillent sur le développement de la centrifugation analytique pour la caractérisation accélérée de la filtrabilité des suspensions et dispersions. La méthode consiste à réaliser des essais de filtration à l’aide de la centrifugation analytique puis à analyser les courbes de la filtration centrifuge obtenues pour en extraire des propriétés des solutions.La comparaison simple des courbes de filtration obtenues permet de classifier les échantillons selon leur filtrabilité. De plus, l’analyse des courbes de filtration permet la caractérisation quantitative de la filtrabilité : détermination de la résistance de la membrane colmatée, de la résistance spécifique du gâteau et des propriétés de réversibilité de la compression du gâteau. La méthode d’analyse des données dépend de la nature des échantillons : deux méthodes adaptées pour des suspensions concentrées et des solutions des colloïdes sont validées actuellement .Le congrès MemPro6 sera l’occasion de présenter les résultats les plus récents sur l’ultra- et la microfiltration centrifuge pour la caractérisation de la filtrabilité des solution

Dairy industry and animal products processing applications

Over the past 30 years, the worldwide market for the membrane operations in the food industry increased to a market volume of about 800-850 millions € (Lipnizki, 2010). It then becomes the second biggest market for membranes after water and wastewater treatment. This chapter will give an outlook of potential membrane applications in dairy and animal products processing. The first part of this chapter will focus on the dairy industry, the largest and most developed membrane market in the food sector, which has most successfully been able to put membranes to work for the benefit of the industry and its customers. The dairy sector encompasses a large variety of different products and membrane processes, and this chapter will give an overview of the most familiar and successful applications implemented throughout the processing chains (from the product reception to the waste-water treatment). Then the chapter will present other established applications in the egg processing industry and other animal products processing, such as seafood, blood and gelatin processing

Concentration en lipides polaires de babeurres

Concentration en lipides polaires de babeurres. Journée de restitution du programme de recherche VALOBAB VALOrisation durable du BABeurr

High through analytical centrifugal ultrafiltration for characterization of filterability and membrane fouling

The laboratory technique of analytical photocentrifugation is based on continuous measurement of spatially resolved light transmission profiles during centrifugation over the whole sample length. Evolution of light transmission profiles during phase separation induced by centrifugation (sedimentation, consolidation, creaming, etc.) provides direct information about sample stability and aggregation state without sample dilution. In addition, different methods of analysis are available in order to relate light transmission profiles evolution with sample properties (as particle size distribution, phase volume fraction, permeability and compressibility for particulate samples).Commercially available analytical photocentrifuges (LUMiFuge and LUMiSizer, LUM GmbH) allow simultaneous automated analysis of up to twelve different samples in a single centrifuge run. They require small sample volume (up to 2 ml) and allow performing centrifugal filtration experiments (with special centrifugal filtration modules, LUM GmbH). This makes analytical photocentrifuges high throughput equipment for laboratory analysis of dispersion properties (including filterability in cake filtration and membrane ultrafiltration).This paper aims at latest development of analytical photocentrifugation fordirect characterization of ultrafiltration of colloidal samples. It summarizes two recently proposed methods of centrifugal ultrafiltration (model, experimental protocols and data analyses). Common features of these methods are the small sample volume and simultaneous analysis of different samples.Centrifugal ultrafiltration experiments were performed by the analytical photo-centrifuge LUMiSizer equipped with centrifugal filtration modules (LUM GmbH).The applicability of analytical photocentrifugal ultrafiltration for characterization of colloids filterability and membranes fouling was demonstrated on example of aqueous bovine serum albumin solutions (0.05−0.9 wt.%) and laponite suspension (0.3 wt.%) using polyethersulfone ultrafiltration membranes with different molecular weight cut-offs (1−30 kDa). Analysis of centrifugal ultrafiltration curves allowed determination of fouled membrane resistance as well as pressure dependency of specific cake resistance of studied colloids

On the cohesive properties of casein micelles in dense systems

Milk casein micelles are natural colloids that behave as microgel particles. When concentrated, those particles form cohesive gels, the properties of which are still largely unknown. With this work, the objective is to bring new information about the origin of gel cohesion in such a packing of soft colloidal objects. The experimental approach is based on the following of the reswelling/redispersion behavior of concentrated gels prepared through osmotic stress under variable controlled conditions (compression degree, compression route, and duration) and subsequently immersed in a native solvent. The essential result is that gel cohesion strongly depends on the initial deformation of the casein micelles within the gels. The optimum of gel cohesion if found for intermediate deformations, i.e. , when the micelles have lost about half of their original volume. Below that deformation, the contact between neighboring micelles is probably too weak, so that the repulsion/attraction balance is still in favor of inter-micellar brushrepulsion forces. Above that deformation, the gel also loses its cohesiveness, either because some hy-drophobic inter-micellar connections are lost during thefirst stage of redispersion (individual micellarreswelling), or because there are simply less cohesive bonds at such high compression level

司法審查的政策形成機能

L’élimination du dépôt de filtration par rinçage et nettoyage des membranes est une essentielle pour assurer l’efficacité de la filtration efficace. Pourtant, on trouve que la discussion actuelle des différents mécanismes, qui conduisent à l’élimination du dépôt après la filtration (gonflement, érosion, détachement, …), est loin d’être exhaustive. Pour cette raison nous avons consacré ce travail à la modélisation du comportement du dépôt de filtration réversible pendant la relaxation de la pression après filtration sur membrane.L’objectif de ce travail est de décrire la cinétique du gonflement d’un dépôt de particules colloidales en prenant en compte la résistance hydraulique de la membrane de filtration, et d’étudier l’influence du gonflement de ce dépôt sur son élimination de la surface de la membrane.La théorie de filtration-consolidation a été adaptée pour la description du gonflement. Les valeurs des caractéristiques du dépôt (compressibilité, filtrabilité (résistance spécifique) et épaisseur du dépôt), ainsi que les paramètres opératoires (résistance hydraulique de la membrane, pression transmembranaire appliquée) utilisées pour la modélisation étaient choisies pour être représentatives de l’ultrafiltration d’une suspension colloïdale avec une forte compressibilité réversible de dépôt.Il a été démontré que le gonflement d’un dépôt réversiblement compressible peut être assisté par l’absorption du filtrat à travers la membrane (Fig. 1). Cet effet est expliqué par la relaxation de la pression de solide après la réduction de la pression transmembranaire appliquée. Plus la résistance hydraulique de la membrane est faible (forte perméabilité de la membrane), plus l’absorption du filtrat et la vitesse de gonflement du dépôt augmentent.Lorsque la résistance hydraulique de la membrane est faible et la résistance hydraulique du dépôt est forte, l’absorption du filtrat au travers la membrane peut conduire à une distribution non-uniforme de la concentration du solide dans le dépôt gonflé : le modèle prédit une distribution en forme de cloche (Fig. 2a). A la membrane, l’adhésion du dépôt diminue avec la diminution de la concentration locale, et la faible concentration en solide dans le dépôt (distribution en forme de « cloche ») peut faciliter son élimination de la surface de la membrane. Donc, un dépôt dont les propriétés de compressibilité sont réversibles peut être facilement éliminé de la surface d’une membrane ayant une faible résistance hydraulique, avant la fin du gonflement. En revanche, le gonflement du même dépôt à la surface d’une membrane peu perméable (résistance hydraulique élevée) est plus lent, et conduit à une distribution monotone de la concentration du solide (la concentration est la plus élevée à l’interface dépôt-membrane, Fig. 2b). Dans ce cas le dépôt s’élimine de la membrane après la fin du gonflement.Ces phénomènes doivent être pris en compte dans la planification des expérimentations et les analyses des résultats de filtration qui s’intéressent à l’étude de la force d’adhésion du dépôt à la membrane

Caractérisation des couches de protéines accumulées lors des opérations de filtration et diffusion de rayons X (INRA en lumière 5 ans de partenariat avec soleil)

il s'agit d'un type de produit dont les métadonnées ne correspondent pas aux métadonnées attendues dans les autres types de produit : REPORTThe formation of concentrated layers of proteinsat the membrane surface during filtrationwas followed using small angle X-ray scatteringon the SWING beamline. It allowed to followboth the concentration profiles ( and theirreversibility ) in the course of time with a resolutionof 50 μm and the structural modificationsof the proteins in the concentrated layers.L'établissement de couches concentrées deprotéines à la surface des membranes encours de filtration a été suivi par diffusion derayons X aux petits angles ( SA XS ) sur la lignede lumière SWING. Cela a permis d'une partd'accéder aux profils de concentration et àleur réversibilité au cours du temps avec unerésolution de 50 μm, et d'autre part de suivreles modifications structurales des protéinesdans ces couches

Diafiltration of skimmed milk using polymeric spiral-wound microfiltration membrane: impact of solvent and diavolume ratio on the efficiency of protein separation

Microfiltration, MF is largely used in dairy industry to separate casein micelles from whey proteins. The weak performances of polymeric membranes compared to ceramic membranes are a restriction for their implementation in industry. Adding a diafiltration step is promising to improve polymeric MF performances, however most of the works have focused on the hydraulic performances and few have investigated the repercussion of diafiltration on protein separation. This work aims at investigating the impact of both the nature of solvent and the diavolume ratio on the MF efficiency. Pilot-scale MF using polymeric membrane (Synder, 800 kDa) was carried out on thermized skimmed milk at 12 °C with a volume reduction ratio, VRR from 2.5 to 3.2 and a transmembrane pressure of 0.7 bar. Continuous diafiltration was performed using reverse osmosis water (ROW) or milk ultrafiltrate (PUF). Permeation flux and β-lactoglobulin transmission were evaluated. During PUF-diafiltration of VRR-2.8-retentate, permeation flux is stable and β- lactoglobulin transmission declines by 26 % after 4.8 diavolumes. During ROW-diafiltration, permeation flux increases linearly until 2.9 diavolumes, then reaching an upper value. Simultaneously β-lactoglobulin transmission follows a parabolic curve with a maximum increase of 68 % for VRR-3.2-retentate and 10 % for VRR-2.5-retentate. According to Darcy’s law, the reduction of permeate viscosity during ROW-diafiltration leads to the improvement of permeation flux. This behavor is accentuated by the fouling layer relaxation consequent to the diminution of the ionic strength. In case of high repulsive forces in the concentration layer (low ionic strength), the transmission of negatively charged whey proteins is however restricted. The decrease of protein concentration during diafiltration may also limit whey protein transmission for high diavolume ratios. Diafiltration using ROW is recommended to increase transmission of whey proteins. However, volume of solvent has to be adapted to the VRR reached prior diafiltration to enable an optimum transmissio

Modeling the filtration of soft and permeable colloids: the milk case study

Filtration operations (ultra-, microfiltration) are extensively used for concentrating or separating an evergrowingvariety of colloids. However, the phenomena that determine the performance of these operations,both in terms of permeability and selectivity, are not yet fully understood. This is especially the casewhen dealing with colloids that are soft and permeable. In this paper, we propose a universal approach forbuilding a model that is able to predict the performance (flux, concentration profiles) of the filtration ofsuch objects. This is done by focusing on the case of milk filtration; all experiments are performed withdispersions of milk casein micelles, which are "natural" colloidal microgels. Using this example, wedevelop the general idea that a filtration model can always be built for a given colloidal dispersion as longas this dispersion has been characterized in terms of osmotic pressure Π and hydraulic permeability k. Forsoft and permeable colloids, the major issue is that k cannot be assessed in a trivial way like in the casefor hard-sphere colloids. To get around this difficulty, two distinct approaches are followed to measure k :a direct approach, involving osmotic stress experiments, and a reverse-calculation approach, that consistsin estimating k through well-controlled filtration experiments. The resulting filtration model is validatedagainst experimental measurements obtained from combined milk filtration/SAXS experiments.Les opérations à membrane (ultra-, microfiltration) sont largement utilisées pour la concentration et le fractionnement de dispersions colloïdales. Cependant les phénomènes qui gouvernent les performances de ces opérations (perméabilité et sélectivité) ne sont pas totalement compris. C’est particulièrement le cas pour les colloïdes déformables et perméables. Dans ce papier, nous proposons une approche universelle pour la construction d’un modèle permettant la prédiction des performances (flux de perméation, profil de concentration) de la filtration de colloïdes mous et perméables. La filtration du lait écrémé est pris comme exemple et les expériences sont réalisées avec des dispersions de micelles de caséines, qui sont considérées comme des colloïdes naturels. En se basant sur cet exemple et sur le fait que chaque dispersion colloïdale est caractérisée par sa pression osmotique Π et sa perméabilité hydraulique k, un modèle de filtration est proposé. Pour des objets mous et déformables, la difficulté majeure repose sur le fait que la perméabilité d’objets mous et poreux ne peut pas être évaluée de manière triviale comme dans le cas de sphères dures. Pour contourner cette difficulté, deux approches ont été suivies pour déterminer k: une approche directe à partir des expériences de pression osmotique, et une approche « de calcul inverse », qui consiste à calculer k à partir d’expériences de filtration bien contrôlées. Le modèle ainsi construit est validé avec des données expérimentales de profil de concentration obtenues dans des travaux ultérieurs, grâce au couplage d’une cellule de filtration avec la diffusion de rayons X (SAXS)