Les produits dérivés du lait

BTS BIOANALYSES ET CONTROLES
Sciences et technologies bioindustrielles
2. Filières, produits, procédés
AFBB
Page 1
Les produits dérivés du lait
1. Laits en poudre
Le lait entier, le lait écrémé et les produits laitiers réengraissés peuvent être séchés afin de produire un
aliment en poudre. Le procédé de séchage le plus utilisé est le procédé de séchage par atomisation ou
procédé « Spray ». Après concentration, le lait est pulvérisé en fines gouttelettes dans de l'air chaud et sec
ce qui provoque une dessiccation instantanée. La structure physico-chimique du lait est peu modifiée. Ce
procédé de séchage respecte bien les propriétés organoleptiques et nutritionnelles du lait. Le lait en
poudre peut-être utilisé en alimentation humaine. La poudre de lait écrémé (PLE) est une matière
première essentielle pour la fabrication des aliments d'allaitements pour veaux, chevreaux, agneaux et
porcelets. Dans le procédé « Hatmaker », le lait est versé sur des rouleaux chauffés à 140°C. Un racloir
décolle du cylindre la poudre de lait. Ce procédé n'est quasiment plus employé aujourd'hui car il modifie
la structure du lait, en particulier, il produit une dénaturation importante des protéines. Cela modifie de
façon importante le goût et la valeur alimentaire du lait.
L’atomisation
Le lait est préalablement concentré (par évaporation dans un concentrateur) avant d'être
séché dans une tour d'atomisation. Après cette étape, le lait concentré peut subir des
traitements complémentaires (homogénéisation et traitements thermiques). Le lait concentré
(50-60% de MS) est introduit au somment de la tour d'atomisation. Le lait est alors
« atomisé » (transformée en aérosol ou brouillard) au moyen d'une turbine d'atomisation ou
par injection à haute pression au travers de buses. Les petites gouttes liquides ainsi formées
sont entraînées et déshydratées par un courant d'air chaud. Les gouttelettes sont séchées en
une poudre sèche avant de tomber sur les parois inférieures de l'appareil. La séparation
poudre / air humide est obtenue à l'aide de séparateurs cyclone. Dans le cas des aliments
d'allaitement, il est important d'obtenir des poudres de lait très faciles à dissoudre (poudre
« instantanée »). Pour cela la déshydratation dans la tour d'atomisation ne doit pas être totale
(6 à 14% d'humidité résiduelle) ou la poudre doit être humidifiée au moyen d'air humide ou
de vapeur (procédé d’instantanéisation). Cette humidité résiduelle permet une
agglomération limitée des particules qui conduit à la formation de granulés à structure
poreuse. La déshydratation est ensuite terminée dans des dispositifs complémentaires de type
sécheurs à lit fluidisé. La poudre est ensuite refroidie.
BTS BIOANALYSES ET CONTROLES
Sciences et technologies bioindustrielles
Procédé « Spray » :
Procédé « Hatmaker » :
2. Filières, produits, procédés
AFBB
Page 2
BTS BIOANALYSES ET CONTROLES
Sciences et technologies bioindustrielles
Diagramme de fabrication :
2. Filières, produits, procédés
AFBB
Page 3
BTS BIOANALYSES ET CONTROLES
Sciences et technologies bioindustrielles
2. Filières, produits, procédés
AFBB
Page 4
Les laits en poudre sont constitués essentiellement de matière sèche de lait et d'une très faible quantité
d'eau (de 2 à 4 pour cent). Ils ont l'avantage de pouvoir se stocker et se transporter aisément et de pouvoir
s'utiliser après reconstitution pour la préparation de nombreux produits : laits liquides de consommation,
laits fermentés, fromages…
On distingue trois catégories de lait en poudre (entier, partiellement écrémé, écrémé). Des additifs
alimentaires (stabilisants, émulsifiants…) peuvent être ajoutés.
Les qualités d'une bonne poudre de lait sont les suivantes:

Aptitude à la reconstitution de façon à obtenir facilement un liquide homogène, exempt de
particules macroscopiques. Elle est sous la dépendance des propriétés de mouillabilité, de
dispersibilité et de solubilité.

Absence de saveurs anormales (goût de cuit, de brûlé, de rance...).

Absence de germes pathogènes (salmonelles, staphylocoques), de toxines et de micro-organismes
capables de nuire à sa conservation ou à son utilisation.

Absence de substances anormales (antibiotiques) et de résidus divers provenant des conditions de
production, de récolte et de conservation du lait initial.

Absence de modifications de la structure et de la composition physico-chimique pouvant nuire à
sa valeur nutritionnelle et à ses aptitudes technologiques.
Ces qualités dépendent de la qualité du lait cru mis en œuvre, du traitement thermique du lait, de la
méthode de concentration et de séchage et des conditions de stockage.
Plusieurs méthodes permettent de classer les poudres de lait. L'une des plus courantes est l'indice des
protéines solubles, le plus souvent désigné par les initiales anglaises WPNI. Elle est fondée sur la quantité
de protéines de lactosérum non dénaturées et restées à l'état soluble après traitement thermique. Cette
quantité est exprimée en milligrammes d'azote par gramme de poudre. Plus l'indice des protéines est
élevé, plus faible a été la dénaturation, ce qui indique un traitement thermique du lait limité rendu
possible par sa bonne qualité microbiologique. On distingue ainsi quatre catégories de poudres :
 poudres « on heat » avec WPNI égal ou supérieur à 6. Le traitement thermique du lait est resté
faible (pasteurisation à température inférieure à X0 °C). Il s'agit des poudres de la meilleure qualité
convenant aussi bien à la préparation du lait de consommation que de celui destiné à la fromagerie;
 poudres « medium heat » avec WPNI compris entre 4,5 et 5,9;
 poudres « medium high heat « avec WPNI compris entre 4,4 et 1,5;
 poudres « high – heat » avec WPNI inférieur à 1,5.
Source : « Le lait et les produits laitiers dans la nutrition humaine » (http://www.fao.org/docrep/T4280F/T4280F00.htm)
BTS BIOANALYSES ET CONTROLES
Sciences et technologies bioindustrielles
2. Filières, produits, procédés
AFBB
Page 5
2. Produits dérivés : lactosérum, lactose, concentrés de protéines
La coagulation des caséines du lait peut-être réalisée à l’aide de différentes molécules :

Un acide fort : acide chlorhydrique ou acide sulfurique. Cette technique est utilisée pour
l'extraction industrielle des caséines. Ces caséines peuvent être utilisées pour la fabrication de
plastiques (autrefois la Bakélite qui est un polymère de caséinates) et de colles.

L'acide lactique : lorsque des bactéries lactiques sont incorporées dans le lait, elles transforment
le lactose en acide lactique entraînant une chute du pH. A pH 4,6, les micelles de caséines
floculent et se soudent, formant un gel homogène. La caillé obtenu par ce type de coagulation est
friable.

La présure est une solution qui contient un mélange de 2 enzymes protéolytiques : la chymosine
(80%) et la pepsine (20%) qui ont la propriété de faire coaguler le lait. La présure est extraite de la
paroi de la caillette des veaux et peut être synthétisée par des bactéries génétiquement modifiées.
Les micelles protéiques contiennent des caséines  et  qui précipitent en présence de calcium. La
quantité de calcium présente dans le lait est normalement suffisante pour entraîner la précipitation
de ces caséines. A la surface des micelles, il existe également une autre caséine, de poids
moléculaire plus faible, qui n'est pas sensible au calcium. Cette caséine  stabilise la micelle et
empêche la précipitation des autres caséines. La chymosine hydrolyse la caséine , qui perd alors
son rôle de protection, d'ou la coagulation par précipitation. Le caillé obtenu avec de la présure est
une masse gélatineuse, qui se tient bien, qui ne s'effrite pas.
On distingue 2 catégories de lactosérums :

Les lactosérums doux, donc l'acidité est inférieure à 1,8 g d'acide lactique par litre. Ils
proviennent de la fabrication des fromages de type pâte pressée cuite (gruyère, conté, beaufort,
cantal, abondance...) ou non cuite (Saint-Nectaire, Saint-Paulin...). Ces lactosérums présentent un
pH compris entre 5 et 6.

Les lactosérums acides, donc l'acidité est supérieure à 1,8 g d'acide lactique par litre. Ils
proviennent de la fabrication des fromages de type pâte molle et type pâte fraîche ou de
l'extraction des caséines. Ces lactosérums présentent un pH de l'ordre de 4,2.
Les lactosérums sont riches en lactose, en potassium et en chlorure. Dans les lactosérums acides, une
partie du lactose a été transformé en acide lactique. Les lactosérums doux sont pauvres en calcium (resté
dans le caillé pour participer à la coagulation des protéines), alors que les lactosérums acides sont riches
en calcium. Le lactosérum peut-être utilisé brut ou concentré à 25% de MS.
BTS BIOANALYSES ET CONTROLES
Sciences et technologies bioindustrielles
2. Filières, produits, procédés
AFBB
Page 6
Composition chimique des lactosérums :
Lactosérum doux
Lactosérum acide
Matière sèche (MS)
55 à 75
55 à 65
lactose
40 à 50
40 à 50
Lipides (MG)
0à5
0à2
Matières azotées totales (MAT)
9 à 11
7 à 10
Cendres (MM)
4à6
6à8
Calcium
0,4 à 0,6
1,2 à 1,4
Phosphore
0,4 à 07
0,5 à 0,8
Potassium
1,4 à 1,6
1,4 à 1,6
Chlorure
2,0 à 2,2
2,0 à 2,2
0 à 0,3
7à8
Acide lactique
Le lactose étant son principal constituant, le lactosérum est un aliment essentiellement énergétique :
ED(2) Porcs
EM(3) Volailles
Kcal/kg
Kcal/kg
orge (1)
3540
3190
Lactosérum doux
3672
2880
Lactosérum acide
3500
/
(1)
: pour comparaison
(2)
: Energie Digestible Porcs en croissance (source INRA/AFZ, Tables de composition et de valeur nutritive des matières
premières destinées aux animaux d'élevage - 2002)
(3)
: Energie Métabolisable (source INRA, Nutrition et alimentation des volailles - 1992)
La valeur protéique est faible car le lactosérum contient peu de protéines. Mais ces protéines sont de
bonne qualité car elles sont riches en lysine et ont une très bonne digestibilité (coefficient de digestibilité
apparente de l'ordre de 90%). Cette bonne valeur biologique de protéines est bien valorisée par les
animaux monogastriques (porcs en particulier). Les protéines de lactosérum sont toutefois pauvres en
acides aminés soufrés.
DT(2)
dN(3)
Tourteau de soja 48 (*)
63%
80%
Lactosérum doux
100%
74%
Lactosérum acide
100%
72%
(1)
: pour comparaison
(2)
: Dégradabilité théorique dans le rumen et (3) : digestibilité de l'azote (source INRA/AFZ, Tables de composition et de
valeur nutritive des matières premières destinées aux animaux d'élevage - 2002)
BTS BIOANALYSES ET CONTROLES
Sciences et technologies bioindustrielles
Diagramme de fabrication :
2. Filières, produits, procédés
AFBB
Page 7
BTS BIOANALYSES ET CONTROLES
Sciences et technologies bioindustrielles
2. Filières, produits, procédés
AFBB
Page 8
Dès son élimination du caillé, le lactosérum ensemencé en bactéries lactiques et autres micro-organismes
et à pH et à température favorables à leur développement s'altère rapidement. Pour le conserver, il
convient de le traiter sans délais en le refroidissant vers 5 à 8 °C après, si possible, pasteurisation.
Il faut souligner les excellentes propriétés fonctionnelles des protéines de lactosérum : solubilité, capacité
à absorber et à fixer l'eau, gélification, propriétés émulsifiantes et moussantes. Par contre, sa teneur
relativement élevée en matières salines est plutôt un inconvénient. Il existe de nombreuses utilisations
possibles du lactosérum dans l'alimentation humaine et animale, mais sa forte teneur en eau (94 pour
cent), sa salinité élevée et son altérabilité, rendent souvent difficiles sa valorisation.
Dans certains grands pays laitiers industrialisés, l'accroissement considérable des quantités de fromages
fabriqués par unité de production ne permettent plus d'éliminer le lactosérum directement, soit par une
consommation animale proche (porcheries), soit par déversement dans les cours d'eau, où il serait à
l'origine de pollution grave due à la fermentation de ses matières organiques (lactose et matières azotées)
et à la diminution de la teneur en oxygène dissous de l'eau au dessous d'un seuil acceptable. La DBO
(demande biologique d'oxygène) du lactosérum est de 40 000, c'est-à-dire qu'un litre de lactosérum
nécessite 40 g d'oxygène pour que ses matières organiques soient détruites par oxydation microbienne.
Dans ces conditions, il est devenu indispensable de le traiter de sorte qu'il ne constitue plus une matière
gravement polluante. Encore faut-il que son traitement soit économiquement acceptable.
Avant toute utilisation, le lactosérum est généralement filtré et centrifugé afin de récupérer les particules
de caillé et la matière grasse. Les méthodes de traitement du lactosérum sont variées et permettent
d'obtenir de nombreux produits.
Le lactosérum, déminéralisé ou non, est concentré puis éventuellement séché sur rouleaux ou par le
procédé spray. La concentration avant séchage permet, outre une économie d'énergie, la cristallisation du
lactose sous et ainsi l'obtention d'une poudre peu collante. Selon la qualité du lactosérum mis en œuvre, il
existe différentes variétés de concentrés ou de poudres: produits de lactosérum doux, de lactosérum acide,
de lactosérum déminéralisé et de lactosérum délactosé. D'une façon générale, les lactosérums doux sont
plus faciles à sécher, de meilleure qualité et offrent plus de débouchés.
Les poudres sont principalement utilisées dans les aliments d'allaitement pour veaux. Elles sont également
employées, de même que les concentrés liquides, en mélange avec d'autres aliments (hachis de paille,
dréches de brasserie, farines), pour divers animaux d'élevage (bovins, porcins, volailles). En alimentation
humaine, les lactosérums concentrés et en poudre ont des applications dans les produits à base de
céréales, où ils agissent à la fois comme renforçateur des farines et améliorateur de goût et de couleur.
Les lactosérums concentrés et en poudre sont aussi utilisés en mélange avec de la crème ou de la matière
grasse butyrique ou végétale, des protéines et additifs divers (stabilisants, sucre, sel, arômes, etc.) pour
préparer divers produits crémeux, pâteux ou à tartiner.