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Les objectifs du projet Ecoprom

Le contexte agro-alimentaire / Les opérations à membrane

Face à la compétitivité industrielle, aux comportements du "consommateur-citoyen" et au contexte réglementaire, l'industrie agro-alimentaire (IAA) est contrainte de proposer des procédés performants (qualité et sécurité alimentaire des produits) et respectueux de l'environnement.

Parmi les opérations de séparation largement implantées dans les IAA, les techniques à membrane sont des opérations très attractives sur le plan de l’impact environnemental et d’un point de vue économique et sont particulièrement adaptées pour le fractionnement de composés en offrant, entre autre, une sélectivité élevée et une grande modularité. Ces techniques peuvent donc apporter des solutions alternatives ou complémentaires aux techniques de fractionnement plus coûteuses et génératrices de rejets que sont, en particulier, les techniques chromatographiques. Elles semblent ainsi offrir la possibilité de conduire à leur terme des innovations rentables par la voie du fractionnement de fluides alimentaires en ingrédients fonctionnels à forte valeur ajoutée. Ces ingrédients sont à la base aujourd'hui des functionnal foods (aliments portant un bénéfice santé), dont le marché mondial estimé est de 60 milliards de dollars avec une croissance de 6 à 8 % par an.

L'industrie laitière étant particulièrement concernée par le fractionnement des protéines du lait, le projet sera focalisé sur le fractionnement de l'alpha-lactalbumine et la beta-lactoglobuline. Les résultats seront généralisés à d'autres protéines alimentaires : lysozyme, ovalbumine, lactoferrine…


Une approche d'éco-conception

Pour envisager l'intégration raisonnée des opérations à membranes pour le fractionnement des protéines, en alternative ou en complémentarité des procédés de référence chromatographiques, il est essentiel, et ceci de façon simultanée, d'étudier les performances des opérations membranaires (sélectivité, fonctionnalité du produit, perméabilité, nettoyabilité) et de dégager leur impact réel sur l'environnement :

i/ Etude des mécanismes intervenant lors la filtration de solutions de protéines
La problématique majeure abordée réside dans la compréhension, par une analyse structurale des protéines visées, des relations entre le procédé (caractéristiques et conditions opératoires) et la fonctionnalité des protéines. L'examen critique des résultats obtenus à la fois dans le domaine du fractionnement et des caractérisations structurales et fonctionnelles des protéines fait en effet ressortir la dépendance de l'expression des propriétés des molécules de l'opération de séparation, et la non reproductibilité des propriétés fonctionnelles recherchées. L'impact du transfert au travers de la membrane sur la structure, et donc la fonctionnalité des protéines mises en jeu, ainsi que l'impact des modifications structurales de la molécule sur son transfert au travers de la membrane et donc sur les mécanismes de colmatage seront étudiés. Cette étude, fondée sur une étude fondamentale des mécanismes intervenant lors de la filtration, permettra de suggérer des voies innovantes de préparation de nouvelles fractions protéiques aux fonction(s) cible(s). Des recommandations quant aux conditions opératoires optimales (qualité du produit et performances de l'opération) pourront aussi en être tirées.

ii/ Définition et utilisation d'une méthodologie d'éco-conception
Une approche fondée sur une méthodologie d'éco-conception spécifique permettra d'apporter des éléments nouveaux et indispensable pour la conception d'un procédé et la détermination de conditions opératoires optimales. Tous les critères représentatifs du procédé dans son ensemble (qualité et fonctionnalité du produit, sécurité alimentaire, impact environnemental) seront pris en compte. Cette approche se révèle essentielle pour une évaluation rigoureuse du gain apporté par le nouveau procédé et permettra de comparer ce dernier aux opérations et procédés plus traditionnels (chromatographie).


Les retombées attendues

Outre les progrès cognitifs originaux attendus (meilleure connaissance des relations opérations à membranes / structure-fonction des protéines; compréhension et modélisation des transferts associés), les objectifs de ce projet visent

i/ La proposition de nouvelles voies de préparation de fractions protéiques
ii/ L'amélioration de la définition des modes de conduite d'opérations à membranes.

De plus, et en coordination avec cette étude des mécanismes impliqués, la stratégie d'éco-conception permettra d'orienter la conception du procédé en intégrant les aspects environnementaux dès les premières étapes. Les procédés des IAA, ainsi que les opérations membranaires dans leur ensemble, ont rarement été étudiés à travers ce prisme.

Les résultats de cette étude fourniront aux professionnels de l'industrie alimentaire des connaissances et des méthodes pour concevoir de nouveaux procédés compétitifs fondés sur des opérations membranaires. La méthodologie développée dans ce projet constituera, in fine, une référence pour l'éco-conception de procédés dans les IAA.
Rédaction : Ecoprom
Date de création : 10 Juillet 2007
Mise à jour : 11 Juillet 2007

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