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Introduction

Les procédés de séparation par membranes ont connu une hausse très importante en terme de surface de membrane installée dans l’industrie alimentaire pendant les dernières années. Ce type de procédés a particulièrement attiré l’attention de l’industrie des produits nutraceutiques et des aliments fonctionnels pour concentrer et purifier les composés d’intérêt présents dans ce type de produits. Ainsi, les produits obtenus ou dérivés à partir des procédés membranaires peuvent résulter en des produits de très haute valeur ajoutée. De plus, ces technologies de séparation par membranes ont aussi permis de trouver des solutions pour la revalorisation de sous-produits, tout en répondant à des avantages écologiques. L’obtention par ultrafiltration de concentrés de protéine à partir du lactosérum demeure l’exemple classique, mais de nouveaux procédés ont aussi été développés à partir d’autres technologies membranaires, telle l’électrodialyse (ÉD) (Pérez et al., 1994). Ce dernier procédé, l’ÉD, diffère des autres technologies membranaires (i.e. microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration et osmose inverse) car la séparation des particules se fait selon leur charge et non pas selon leur taille (Bazinet et al., 1998a).

L’électrodialyse est un procédé de séparation électrochimique. Lorsqu’une électrodialyse est mise en opération, les espèces ioniques, sous l’influence d’un courant électrique direct, traversent une ou plusieurs membranes sélectives et de cette façon passent d’une solution à une autre. Deux grands types de membranes sont utilisées en ÉD conventionnelle : les membranes anioniques (échangeuses d’anions) et les membranes cationiques (échangeuses de cations) (Bazinet et al., 1998a).

L’ÉD peut être utilisée pour concentrer les sels minéraux et les acides organiques ou modifier la composition minérale des solutions alimentaires. La basse consommation d’énergie et la configuration modulaire permettant l’ajout de membranes additionnelles sont parmi les principaux avantages que cette technologie offre (Bazinet et al., 1998a). Au cours des 50 dernières années, de nombreuses applications de l’ÉD ont été développées pour l’industrie alimentaire, comme le dessalement d’eaux salines, (Gomella, 1967; Kabay et al., 2002), la désacidification des jus de fruits (Vera-Calle et al., 2002), la déminéralisation pour la stabilisation tartrique des vins (Smagghe et al., 1992) et l’élimination des minéraux du lactosérum (Bazinet et al., 1998a). En ce qui concerne cette dernière application, la déminéralisation du lactosérum est nécessaire pour sa revalorisation dans la production d’autres ingrédients à valeur ajoutée comme le lactose et les protéines de lactosérum (Greiter et al., 2002).

La principale limite en ÉD est liée aux phénomènes de polarisation : primaire avec une augmentation de la résistance électrique du système ou secondaire avec un colmatage, qui cause une modification de l’intégrité de la membrane. Toute polarisation entraîne une augmentation de la résistivité du système (baisse de courant), diminue la capacité d’échange d’ions (rendement de migration) et altère la membrane, soit de façon réversible ou irréversible. Dans certaines conditions, le colmatage risque de se former irréversiblement à l’intérieur de la membrane (Bazinet et al., 2001b). Dans ce cas, la membrane ne peut plus être utilisée et doit être remplacée. Le colmatage peut, par conséquent, occasionner l’arrêt du procédé pour faire des rinçages et le démontage éventuel de l’empilement membranaire et, dans le pire des cas, le remplacement de certaines des membranes. Étant donné les coûts induits par ces problèmes, l’intérêt de caractériser le phénomène de colmatage afin de le prévenir constitue une priorité. La majorité des études a été orientée vers le colmatage par les minéraux et par la matière organique naturelle (natural organic matter, NOM) (Lindstrand et al., 2000b; Lee et al., 2002). Ces études ont permis d’identifier certaines espèces responsables du colmatage mais n’ont pas caractérisé l’effet des protéines ni du colmatage causé pas ces dernières. En fait, peu de travaux portant sur le colmatage des membranes d’ÉD par les protéines ont été effectués.

Le but du projet était d’étudier l’effet de la composition minérale et protéique du milieu à traiter par ÉD conventionnelle, ainsi que du pH du concentrat sur la formation de colmatage. Une compréhension plus approfondie du phénomène de colmatage permettrait d’élargir les utilisations des procédés déjà existant et aussi de développer de nouvelles applications de l’ÉD dans les industries alimentaire et nutraceutique.

© Erik Ayala Bribiesca, 2005