Drying of dairy co-products through innovative processing

Procédé de référence pour la production de poudres laitières, le séchage par atomisation est extrêmement énergivore. Son remplacement par un nouveau procédé en deux étapes, surconcentration et granulation, permettrait de réduire l’empreinte énergétique. Cette thèse visait à étudier l’évolution des propriétés physiques de différents co-produits laitiers au cours de la surconcentration et leur comportement lors de la granulation, afin de déterminer les paramètres critiques du procédé.La conduite de la surconcentration est limitée quand le surconcentré atteint un état peu fluide et hautement cohésif. L’extrait sec marquant le début de la phase cohésive dépend de la composition des produits : il est notamment supérieur pour les liquides à fortes teneurs en lactose. A l’inverse, le taux de recirculation de la poudre nécessaire à une granulation efficace est minimal en fin de phase cohésive. A phase cohésive comparable, les liquides à fortes teneurs en lactose présentent des différencesnotables de comportement à la granulation par rapport à d’autres fluides. Enfin, la granulation est améliorée avec des poudres d’isolats de protéines solubles.Dans l’ensemble, la forte cohésivité des surconcentrés, corrélée à leur teneur en protéines, impacte négativent le procédé de surconcentration-granulation. A l’inverse, la granulation avec des poudres protéiques améliore la conduite du procédé, ouvrant la voie à de nouvelles possibilités de formulation de produits complexes. En complément des outils et méthodes développés au cours de ce travail, une meilleure compréhension du comportement des surconcentrés, notamment à la granulation, est nécessaire pour développer et optimiser ce nouveau procédé aux fins de production durable de poudres laitières.Spray drying (SD), although being the standard for producing dairy powders, is an extremely energy intensive process. Replacing SD by disruptive superconcentration-granulation process can reduce energy footprint as much as superconcentration is maximized. This PhD project aimed at understanding the science of dairy superconcentrates in order to identify critical parameters controlling the process. Namely, the evolution of physical properties and the granulation behaviour were characterized for different dairy streams.A dry matter (DM) dependent highly cohesive non-flowing state was shown to limit the extent of superconcentration, whereas the minimum dry powder recirculation for effective granulation was related to the end of cohesive phase. The onset of the cohesive phase was related to the composition of dairy products, and occurred at higher DM for high lactose streams.Moreover, a striking dissimilarity in the granulation behavior was detected for high lactose streams with similar cohesive phase, which was likely due to their higher or lesser cohesiveness. Finally, more efficient granulation was obtained by using whey protein isolate in relation to higher water holding capacity. Overall, high cohesiveness of superconcentrates, which may be related to protein content, negatively impacted superconcentration-granulation process. Conversely, granulation with protein powder showed positive effects, which opens new routes for formulating complex products. The better understanding of the superconcentrates and granulation behavior, in addition to tools and techniques provided by this work, enable the optimization, scale-up and expansion of the novel process for sustainable and profitable manufacturing of powders