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Le lactosérum : un sous produit de la fabrication du fromage à forte valeur ajoutée

L’industrie agroalimentaire engendre, annuellement, des quantités importantes de déchets et de sous produits qui ont des effets nocifs sur l’environnement.

Le lactosérum, un sous produit de l’industrie fromagère, était autrefois jeté ou utilisé en alimentation animale. Aujourd’hui, et grâce aux différents processus de valorisation, son utilisation dans plusieurs domaines s’est considérablement élargie. En effet, le lactosérum est recherché comme matière première précieuse pour ses composants (protéines, lactose et minéraux) et représente, ainsi, une opportunité pour la fabrication de nouveaux produits.

Le lactosérum (Sérum Lactus), communément appelé "sérum" ou "petit-lait", est un coproduit laitier qui résulte de la fabrication du fromage, notamment après la séparation de la caséine et de matières grasses pendant la coagulation du lait. Il s’agit de la partie liquide. La partie solide se nomme caillé. Le lactosérum représente entre 80 et 90% du volume initial du lait utilisé pour l’élaboration du fromage. Il est aqueux, translucide et se caractérise par une couleur jaune verdâtre.

 

La coagulation est la première étape de transformation du lait en fromage. Elle se traduit par la formation du lactosérum et d’un gel appelé le caillé qui est la base de la fabrication du fromage. Il existe essentiellement deux types de coagulation en fromagerie :

  • La coagulation lactique ou acide : se produit grâce aux bactéries lactiques (ferments) par dégradation du lactose (sucre naturel du lait) en acide lactique ;
  • La coagulation enzymatique ou présure : est réalisée par l’ajout d’un additif enzymatique (enzyme) capable de provoquer la formation du caillé.

Dans la majorité des fromageries, le caillage du lait se fait par la conjugaison des deux méthodes de coagulation avec, généralement, la prédominance de l'une ou de l'autre d'entre elles. On appelle cette méthode la coagulation mixte.

L’industrie agroalimentaire engendre, annuellement, des quantités importantes de déchets et de sous produits qui ont des effets nocifs sur l’environnement.

Le lactosérum, un sous produit de l’industrie fromagère, était autrefois jeté ou utilisé en alimentation animale. Aujourd’hui, et grâce aux différents processus de valorisation, son utilisation dans plusieurs domaines s’est considérablement élargie. En effet, le lactosérum est recherché comme matière première précieuse pour ses composants (protéines, lactose et minéraux) et représente, ainsi, une opportunité pour la fabrication de nouveaux produits.

Le lactosérum (Sérum Lactus), communément appelé "sérum" ou "petit-lait", est un coproduit laitier qui résulte de la fabrication du fromage, notamment après la séparation de la caséine et de matières grasses pendant la coagulation du lait. Il s’agit de la partie liquide. La partie solide se nomme caillé. Le lactosérum représente entre 80 et 90% du volume initial du lait utilisé pour l’élaboration du fromage. Il est aqueux, translucide et se caractérise par une couleur jaune verdâtre.

 

La coagulation est la première étape de transformation du lait en fromage. Elle se traduit par la formation du lactosérum et d’un gel appelé le caillé qui est la base de la fabrication du fromage. Il existe essentiellement deux types de coagulation en fromagerie :

  • La coagulation lactique ou acide : se produit grâce aux bactéries lactiques (ferments) par dégradation du lactose (sucre naturel du lait) en acide lactique ;
  • La coagulation enzymatique ou présure : est réalisée par l’ajout d’un additif enzymatique (enzyme) capable de provoquer la formation du caillé.

Dans la majorité des fromageries, le caillage du lait se fait par la conjugaison des deux méthodes de coagulation avec, généralement, la prédominance de l'une ou de l'autre d'entre elles. On appelle cette méthode la coagulation mixte.

Typologie et composition

Le lactosérum…une typologie et une composition diversifiées

Selon les types de fromages et en fonction des approches technologiques utilisées pour leur production, on distingue généralement deux catégories du lactosérum :

  • Le lactosérum doux : issu de la fabrication des fromages à pâte pressée cuite ou non cuite (Emmenthal, Comté, Saint-paulin, etc.) ;
  • Le lactosérum acide : issu de la fabrication des fromages frais obtenus par coagulation mixte ou lactique.

Le lactosérum est composé de plus de 90 % d’eau. Il contient aussi une forte teneur en lactose(75 % de la matière sèche (MS) du lactosérum correspond au lactose), une faible teneur en matières grasses, des protéines solubles du lait (soit environ 20% des protéines totales du lait) et divers minéraux. Il renferme également d’autres composants, tels que l’acide citrique et l’acide lactique, des matières azotées non protéiques comme l’urée et l’acide urique et des vitamines du groupe B, à savoir la vitamine B1 (thiamine), la vitamine B2 (riboflavine) et la vitamine B6 (pyridoxine).

Par ailleurs, la composition du lactosérum dépend du lait d’origine et varie légèrement suivant son type. D'une façon générale, le lactosérum acide contient moins de lactose et davantage de minéraux, notamment le phosphore et le calcium.

Tableau 1 : Caractéristiques physico-chimiques du lactosérum

 

Lactosérum doux

Lactosérum acide

Valeur moyenne

Valeur extrême

Valeur moyenne

Valeur extrême

MS/MB (%)

7

5,5-7,7

7

5,5-7,5

Matières azotées totale (g/litre)

         9

7-11

8

4,8- 10,5

Lactose (g/litre)

50

40-57

45

38-55

Calcium (g/litre)

0,5

0,3-0,9

1

0,3

Phosphore (g/litre)

0,4

0,3-0,8

1

4-5

pH

 

5,7-6,5

   

Source : Veolia Water STI (Le traitement des effluents de la filière Lait Fromage / Industries Alimentaires et Agricoles - Janvier/Février 2012)

Recyclage d'un déchet

Le lactosérum : est-il un déchet ou une matière première à exploiter ?

Pendant de très nombreuses années, le lactosérum était considéré comme un déchet organique de l’industrie agroalimentaire. Il n'était pas bien exploité mais il était généralement épandu dans les champs ou déversé dans les rivières et les cours d’eau. Ainsi, il représentait un sérieux problème environnementalà cause de sa grande teneur en matières organiques et à cause des volumes abondants générés (pour produire un kilogramme de fromage, on obtient environ 9 litres du lactosérum à partir de 10 litres de lait). En effet, le rejet du lactosérum dans le milieu naturel diminue le rendement des cultures, détruit la structure chimique et physique du sol et influence également sur la vie aquatique par l'épuisement de la teneur en oxygène dissous de l’eau.Par ailleurs, la demande biochimique en oxygène (DBO) du lactosérum est élevée. Elle est estimée à 40000 (un litre du lactosérum a besoin de 40 g d'oxygène pour détruire ses matières organiques par oxydation microbienne).Ainsi, la mise au point de procédés de valorisation et de traitement du lactosérum est devenue indispensable afin qu’il ne constitue plus une matière polluante.

Jusqu’à la fin des années soixante, le lactosérum était généralement utilisé tel quel dans l’alimentation porcine, notamment dans des porcheries proches aux unités de production de fromages ou pour l’élaboration de certaines préparations laitières très anciennes et pauvres en matières grasses. Il s’agit particulièrement du brocciu (un fromage français de la région administrative Corse), du brunost (un fromage norvégien à pâte brune et au goût caramélisé), de la recuite (préparation laitière de l'Aveyron méridional et de l'Est du Tarn), de la ricotta (préparation laitière italienne ou maltaise de fromage à pâte fraîche), du sérac (un produit laitier d'origine suisse qui est appelé Ziger en allemand.), etc.

Quelques années plus tard, à cause des coûts élevés du rejet du lactosérum dans l’environnement et grâce à ses propriétés nutritionnelles et biologiques ainsi qu’à l’apparition de nouvelles technologies de séparation, … plusieurs techniques de traitementet de valorisation du lactosérum ont vu le jour. Ainsi, le lactosérum a d’abord servi à l’alimentation animale sous forme de poudre du lactosérum avant d’être introduit dans l’alimentation humaine et dans l’industrie agroalimentaire en tant qu’additif alimentaire (émulsifiant, liant, …).

Valorisation

Valorisation et usage du lactosérum

Il existe plusieurs méthodes de traitement et de valorisation du lactosérum. Ces techniques permettent d'obtenir de nombreux produits qui peuvent être utilisés dans des domaines différents. (Figure 1)

Figure 1:Quelques techniques de traitement et de valorisation du lactosérum 

 
  • Le séchage : est un procédé qui consiste à séparer un liquide d’un solide, d’un semi-solide ou d’un autre liquide. Il est considéré comme la technique de préservation et de conservation des produits la plus ancienne et la plus répandue. Le séchage intervient dans la fabrication de nombreux produits alimentaires. Il permet de convertir des denrées périssables en produits stabilisés, par abaissement de l’activité de l’eau ;
  • L’ultrafiltration : est une technique de traitement et de séparation des éléments contenus dans un liquide. Elle utilise des membranes semi-perméables à pores très petits dont la taille est comprise entre 0.001 et 0.1 µm environ. Ce processus est utilisé en industrie dans le but de purifier et/ou de concentrer des macromolécules (ex : protéines). L’ultrafiltration se diffère de la microfiltration et de la nanofiltration par la taille des pores ;
  • L’osmose inverse : est une technique de purification de l’eau qui permet de séparer l’eau pure d’une solution par un système de filtrage très fin à travers une membrane ;
  • La méthanisation : estun procédé de dégradation de la matière organique par digestion bactérienne (micro-organismes) en absence d'oxygène. Il permet de valoriser les déchets organiques en produisant du biogaz, de l’électricité, de la chaleur, un digestatqui peut être utilisé dans l’agriculture comme fertilisant, etc.

Par ailleurs, la valorisation du lactosérum passe essentiellement par la séparation de ses principaux composants avant de les intégrer dans de nouvelles formulations. Cette séparation consiste à éliminer de l’eau qui est le principal composant, à extraire les protéines sériques, à extraire le lactose et à isoler les minéraux.

  • Les protéines du lactosérum ou protéines sériques :représentent près de 20% des protéines du lait. Elles regroupent deux fractions principales qui sont les protéines solubles majeures et mineures. Les protéines dites majeures sont le beta-lactoglobuline (P-Lg) et l’alpha- lactalbumine (a-La), tandis que les protéines mineures se composent d'albumine sérique bovine (ASB), des immunoglobulines (Igs), de la lactoferrine (Lf) et du glycomacropeptide (GMP).

Les protéines sériques ont une valeur nutritionnelle exceptionnelle de par leur composition très riche en acides aminés essentielles tels la lysine, la leucine, l’isoleucine et la valine et en acides aminés soufrés, comme la cysteine. Elles sont également reconnues pour leurs propriétés biologiques, technologiques et fonctionnellesintéressantes (solubilité sur toute l'échelle de pH, structuration et rétention de l'eau, activités moussantes, gélifiantes et émulsifiantes,...). Malheureusement, elles sont en faible quantité dans le lactosérum parce qu’elles ne représentent qu’environ 10% de sa matière sèche.

Par ailleurs, les protéines du lactosérum sont récupérées sous la forme de concentrés (concentrés de protéines du lactosérum - CPL) ou d’isolats (isolats de protéines du lactosérum - IPL) en utilisant des procédés de séparation spécifiques comme l’ultrafiltration, la diafiltration, l’électrodialyseet la chromatographie d’échange d’ions. Ces procédés permettent de concentrer le lactosérum tout en conservant ses qualités nutritionnelles.

Les CPL sont généralement produits sous forme de poudre dont la teneur en protéine, exprimée sur une base de matières sèches, est comprise entre 30 à 90%. Quant aux IPL, qui se présentent sous forme de poudre, ils contiennent en moyenne 90 à 95% de protéines et renferment une forte teneur en immunoglobulines. Ils sont dépourvus de lactose et ne comprennent pratiquement pas de glucides ni de matières grasses.

Les protéines sériques sont utilisées dans l'alimentation animale et sont également exploitées, grâce à leurs propriétés fonctionnelles et nutritionnelles, dans l’industrie agroalimentaire. Elles servent surtout à la fabrication du fromage mais elles sont aussi utilisées dans la composition de nombreuses formulations alimentaires, notamment dans les préparations destinées à la nutrition infantile, les produits laitiers, la biscuiterie, la confiserie, les boissons, les produits diététiques, la charcuterie, la pâtisserie, les sauces, etc. Elles sont aussi utilisées dans ledéveloppement des levures et servent comme suppléments alimentaires dans certains produits pour sportifs.

  • Le lactose : est extrait par cristallisation. Des traitements enzymatiques ou chimiques sont également appliqués afin de modifier sa structure et ses propriétés technologiques ou biologiques. Ce sucre de lait sert d’ingrédient pharmaceutique ou alimentaire.

  • Les minéraux : la concentration des minéraux contenus dans le lactosérum constitue une autre voie de valorisation de ce sous produit. Les concentrés de minéraux provenant du lait sont généralement utilisés pour répondre aux besoins nutritionnels en calcium.

La valorisation du lactosérum permet également d’obtenir un autre produit à valeur ajoutée qui est la poudre du lactosérum.C’est un produit laitier obtenu par séchage. Elle constitue une source très riche en éléments nutritifs puisqu’elle renferme environ 50% des éléments nutritifs du lait (glucides, protéines, minéraux et vitamines). Les types les plus connus de cette poudre sont la poudre du lactosérum déminéralisé et la poudre du lactosérum avec lactose ou délactosé.

La poudre du lactosérum est utilisée en tant qu’additif alimentaire dans certains produits alimentaires. Les poudres du lactosérum déminéralisé et délactosé sont également utilisées dans les aliments de régime, les aliments destinés aux bébés, les aliments dont la concentration et le profil en minéraux sont déterminants, etc.

Le lactosérum représente une source intéressante de composés actifs et de nutriments spécifiques, présentant des propriétés incomparables, tant sur le plan nutritionnel que sur le plan techno-fonctionnel. Ainsi, ce sous produit est largement utilisé pour la formulation d’aliments. Cependant, il reste à mieux développer et à rechercher d’autres voies de valorisation.

Pour en savoir plus

www.fao.org

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