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Procédé de traitement de petit-lait en vue de la fabrication d'un produit à base de petit-lait La présente invention a pour objet un procédé de traitement de petit-lait en vue de la fabrication d'un produit à base de petit-lait.
On sait que le petit-lait liquide découlant de divers procédés de fabrication contient des constituants nutritifs précieux. Cependant, le traitement de ce petit-lait liquide afin d'obtenir des aliments consommables pose divers problèmes. La teneur en sels minéraux est plus élevée qu'on ne le voudrait dans les aliments normaux, et ces sels confèrent une saveur indésirable, et si l'on supprime partiellement le lactose, le produit risque de contenir des niveaux nuisibles, sur le plan alimentaire, de sels de cations monovalents, dans le cas d'une utilisation dans les aliments à une teneur par ailleurs acceptable. Si l'on tente de réduire la proportion des sels minéraux par des techniques classiques comme l'emploi de résines échangeuses d'ions ou l'électrodialyse, on se heurte à certaines difficultés.
Les colonnes chargées de résines échangeuses d'ions tendent à être colmatées par la protéine insoluble précipitée. On est obligé d'arrêter fréquemment l'installation pour la nettoyer, avec les frais supplémentaires importants que cela implique. Quand on soumet du petit-lait non concentré à l'élec- trodialyse dans une installation classique, comportant des empilages de membranes, la très faible concentration en solides limite la capacité de l'appareillage d'une fa- çon très importante, car (1) le volume liquide que l'on doit faire passer à travers l'installation est très important et (2)
la conductivité du petit-lait fluide est relativement faible par comparaison à sa conductivité après une concentration à environ 20 à 30 % de solides.
Ces limitations de la capacité sont en grande partie surmontées par une concentration du petit-lait aux alentours de 30% de solides, à la condition de dis- poser de moyens pour régler la viscosité et pour régler la tendance à la gélification, se traduisant par une trop forte chute de pression dans l'empilage de mem- branes et par un colmatage des trajets d'écoulement entre les membranes.
Les inconvénients précités sont particulièrement marqués quand la matière traitée est un petit-lait concentré à haute température. On dit qu'un petit-lait est à haute température quand il a été chauffé au cours de son traitement à une température élevée pendant une durée suffisante pour dénaturer notablement les protéines qu'il contient. Par exemple, on peut chauffer le petit-lait naturel à 740 C ou au-dessus et le maintenir à une telle température pendant une minute ou plus pour produire un petit-lait à température moyenne ou à haute température . D'un autre côté, le petit-lait à basse température est un petit-lait qui a été traité de manière à réduire la dénaturation des protéines.
Par exemple on peut le chauffer à 74,1 C et le maintenir à cette température pendant 15 à 30 secondes ou on peut le traiter à une température plus faible (par exemple 54 à 74^ C) et le maintenir à cette température pendant une période supérieure à l'intervalle de 15 à 30 secondes, sans provoquer de dénaturation notable des protéines.
En supposant que le traitement par la chaleur soit un traitement préliminaire à la concentration par l'évaporation, la conservation des propriétés de basse température exige un processus d'évaporation qui, de lui-même ou 'en combinaison avec :le prétraitement, ne provoque pas de dénaturation notable des protéines.
Ainsi, on peut utiliser un évaporateur du type Peebles (brevet des Etats-Unis d'Amérique NI, 2090985) qui est à effets multiples, à tirage vers le bas et à grande vitesse, et dans ce cas la température de la chemise ou de l'enveloppe pour l'obtention du premier effet sera d'environ 740 C ou moins, et la durée de séjour pour l'obtention de plusieurs effets (par exemple de quatre effets) sera de nature à éviter une dénaturation notable des protéines. On peut obtenir des résultats comparables avec un évaporateur sous vide à tirage vers le haut, à la
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condition de limiter le nombre d'effets (par exemple à trois) pour éviter la dénaturation des protéines.
En dehors des considérations énoncées, la teneur en protéine du petit-lait est en général plus faible qu'on ne le voudrait. Par conséquent, une réduction de la teneur en lactose, par exemple par des procédés classiques de cristallisation, donnera un produit délactosé contenant une plus grande proportion de protéines mais aussi une plus forte teneur en substances minérales, et la composition d'un tel produit se traduira par des difficultés de séchage et par des inconvénients sur le plan nutritif.
La titulaire a trouvé la possibilité de réduire grandement les problèmes posés pendant la déminéralisation du petit-lait délactosé à haute température et sous forme concentrée par le procédé d'électrodialyse, grâce à une opération préalable d'élimination d'une partie importante du lactose présent, ou en d'autres termes, par l'exécution de l'électrodialyse sur le petit-lait déjà lac- tosé. On a trouvé que grâce à un traitement approprié du petit-lait avant l'électrodialyse, y compris l'élimination d'une partie importante du lactose présent, on peut effectuer l'électrodialyse avec succès en obtenant des nouveaux produits alimentaires précieux, à partir d'un petit-lait aussi bien à haute température qu'à basse température,
contenant une forte proportion de protéines ainsi que des teneurs remarquablement équilibrées en sels.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on traite un concentré de petit-lait qui a été débarrassé d'une proportion notable du lactose initialement contenu, en soumettant le concentré de petit-lait délac- tosé à une électrodialyse afin de réduire notablement sa teneur en carbonate.
Les avantages de ce procédé sont par exemple, qu'il permet la fabrication d'aliments précieux à partir du petit-lait, la déminéralisation du petit-lait à haute température. appliqué au petit-lait délactosé à basse température sous forme concentrée, la fabrication de produits dont la richesse en protéines est sensiblement .inchangée et dont la teneur en substances minérales est modifiée de façon avantageuse aussi bien en ce qui concerne la teneur globale que la teneur relative du sodium et du potassium par rapport au calcium.
En outre, dans une mise en oeuvre du procédé précité, on fait appel à l'électrodialyse en combinaison avec un prétraitement, comprenant notamment la concentration des solides et le réglage du pH du liquide dont on élimine une partie du lactose et certains solides insolubles.
Certains stades de traitement du petit-lait selon l'un ou l'autre mode d'exécution du procédé permettront d'en améliorer les caractéristiques de séchage et d'obtenir des concentrés nouveaux et des produits secs.
D'autres avantages de l'invention ressortiront de la description qui va en être faite ci-après.
Le petit-lait servant de matière première pour le présent procédé est le plus fréquemment dérivé de la fabrication d'un fromage comme par exemple le fromage de Cheddar ou le fromage blanc (appelé Cottage cheese dans les pays anglo-saxons et désigné ci- après fromage blanc ).
Le petit-lait du fromage blanc présente normalement une acidité titrable d'environ 0,5 à 0,6 0/0 (exprimée sous forme d'acide lactique), alors que l'acidité correspondante du petit-lait du Cheddar peut être de 0,12 à 0,30'%. La teneur en carbonate du petit-lait du fromage blanc est d'environ 10,0 à 11,5% (sur la base des solides secs) et la valeur correspondante dans le cas du Cheddar est d'environ 8,
5 à 9,0%. Le petit-lait peut être à haute température ou à basse température selon la nature du traitement thermique auquel il a été soumis.
Dans le mode d'exécution typique, le premier stade du présent procédé consiste à concentrer le petit-lait liquide naturel préalablement à l'élimination d'une partie notable de sa teneur en lactose. On peut effectuer cette concentration par évaporation sous vide à une teneur en solides de 50 à 60 %, après quoi on permet au lac- tose de se cristalliser, et on soutire les cristaux du lactose par des techniques usuelles, par exemple par séparation hydraulique ou centrifuge ou à l'aide d'un filtre ou d'un tambour de tamisage.
La proportion du lac- tose qu'on élimine peut représenter de 30 à 70 % (de préférence de 40 à 60%) du lactose présent. II est évident que l'enlèvement du lactose peut se faire dans un atelier séparé de fabrication du lactose, et on obtient ainsi un petit-lait partiellement délactosé qui convient pour la suite du traitement.
Le petit-lait partiellement délactosé conserve une certaine quantité de lactose en solution et une certaine quantité sous forme de cristaux relativement petits. On soumet le petit-lait à une centrifugation ou à un tamisage pour éliminer la majeure partie de ces petits cristaux. Au stade suivant, on soumet le petit-lait partiellement délactosé à un traitement par la chaleur à une température de 43 à 490 C afin d'éliminer les résidus de cristaux de lactose.
Ensuite, on soumet la matière liquide à un processus de clarification, par exemple par traitement dans un appareil clarificateur centrifuge. On effectue à ce stade la clarification permettant d'éliminer les substances insolubles présentes, et surtout les protéines insolubles et les fragments de caillebotte. En supposant que l'on utilise un petit-lait à haute température provenant du fromage blanc, la matière liquide aura typiquement un pH de 3,8 à 4,2. Les mêmes limites approximatives du pH sont valables pour le petit-lait à basse température du fromage blanc. En ce qui concerne le petit-lait du Cheddar , le pH peut être compris entre 4,5 (pour du petit-lait aigre ou acide) et 6,0 (pour du petit-lait doux). Au stade suivant, on soumet la matière liquide à l'électrodialyse.
L'appareillage utilisé dans ce but peut être constitué par un groupe d'empilages de membranes connectées en série, et le petit-lait s'écoule dans des canaux en équi-courant par rapport à un courant de saumure. Un appareillage approprié de ce type est fabriqué par Ionics Inc. (voir brevets des Etats-Unis d'Amérique Nos 2730768, 2731411 et 2800445).
On a intérêt à régler le déroulement de l'électro- dialyse en ce qui concerne le pH, le pourcentage de solides et la température de façon à éviter la précipitation des protéines, la gélification ou la cristallisation du lactose pendant toute la durée de l'électrodialyse.
Ainsi, quand la matière première est un petit-lait à basse température du fromage blanc, on maintiendra le pH du liquide au début de l'électrodialyse entre 3,9 et 4,2 , la concentration en solides ne devrait pas dépasser environ 33 % ; et la température ne devrait pas dépasser en- viron 43o C.
Comme il a été dit, le pH du petit-lait aigre de Cheddar peut atteindre à ce stade d'environ 4,5, et pour le petit-lait doux, il peut atteindre 6,5, de sorte que
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la gamme totale des petits-laits des fromages est comprise entre 3,9 et 6,5. On poursuit le traitement d'une charge pour obtenir la réduction désirée de la teneur en carbonate.
Pour obtenir un produit du type désiré, on préfère poursuivre l'électrodialyse pour faire descendre la teneur en carbonate d'environ 15 à 55% et on pré- fère une réduction d'environ 20 à 50%.
Certains petits-laits sont plus critiques que d'autres en ce qui concerne la précipitation des protéines et la gélification. Ainsi, les protéines du petit-lait du fromage blanc tendent à devenir critiques à des valeurs du pH égales ou voisines du point isoélectrique (c'est-à-dire environ 4,2 à 4,65), alors que les protéines du petit- lait de # Cheddar ne sont pas critiques sous ce rapport. En conséquence dans le traitement des petits-laits de fromage blanc, on règle le pH de telle façon que les stades de traitement, y compris l'électrodialyse, soient exécutés à un pH au-dessous ou au-dessus de la gamme critique de 4,2 à 4,65.
En général, il est souhaitable de traiter le petit-lait aigre du fromage blanc dans la gamme précédemment indiquée des pH 3,9 à 4,2, car on réduit ainsi au minimum ou on élimine entièrement l'utilisation des substances chimiques de neutralisation. On fera remarquer à ce propos que toute substance chimique introduite pour le réglage du pH avant l'électrodialyse augmente la teneur en matières minérales. Pour la même raison, on traite de préférence le petit-lait doux du fromage blanc à un pH au-dessus du point isoélectrique, et dans l'intervalle d'environ 4,65 à 6,5.
Puisque le petit- lait du < c Cheddar est moins critique en ce qui concerne la précipitation des protéines et la gélification, on peut opérer dans la gamme générale de pH 3,9 à 6,5, mais de préférence à une valeur qui réduit ou rend inutile l'incorporation de substances chimiques. On soumet la matière électrodialysée à un traitement pour la transformer en un produit sec granulaire. De préférence, cette opération comporte une concentration, par exemple par évaporation sous vide, que l'on fait suivre d'un séchage par pulvérisation. Immédiatement avant la concentration, on peut neutraliser la matière, par exemple en introduisant une matière chimique de neutralisation (telle que la chaux) afin de régler le pH en montant légèrement vers la neutralité.
La concentration peut se faire à une teneur de 50 à 55 0/0 de solides.
Le séchage par pulvérisation peut se faire avec un appareillage classique dans lequel le concentré liquide est atomisé dans une chambre dans laquelle les particules atomisées sont dispersées dans un gaz de séchage (voir brevet des Etats-Unis d'Amérique N@, 2088606). De préférence, les conditions de séchage sont de nature à obtenir à la sortie de la chambre de séchage un produit divisé ne contenant qu'environ 12 à 18 % d'humidité. On peut soumettre la matière humide divisée à un second séchage, par exemple dans un ou plusieurs tunnels de séchage ou dans des séchoirs du type vibratoire.
De préférence, la teneur finale en humidité est de 6,0 à 8,0'%. Un tel processus est décrit dans le brevet pré- cité Nn 2088606.
Une particularité avantageuse du présent procédé est que le rapport des ions monovalents Na, et K t à l'ion divalent Ca- peut être réduit notablement dans le produit final par comparaison avec la matière première avant dialyse.
Le tableau 1 ci-après donne une analyse d'un petit- lait typique à haute température provenant du fromage blanc et ayant subi des traitements préalables pour en réduire le lactose et ensuite une déminéralisation à des niveaux de 20 à 50'%.
EMI3.52
<tb> Tableau <SEP> 1
<tb> Analyse <SEP> typique
<tb> Petit-lait <SEP> de <SEP> fromage <SEP> blanc <SEP> partiellement <SEP> délactosé
<tb> Approximativement <SEP> 20 <SEP> % <SEP> de <SEP> déminéralisation <SEP> Approximativement <SEP> 50 <SEP> /o <SEP> de <SEP> déminéralisation
<tb> Avant <SEP> démin. <SEP> Après <SEP> démin. <SEP> Après <SEP> séchage <SEP> Avant <SEP> démin. <SEP> Après <SEP> démin. <SEP> Après <SEP> séchage
<tb> Charge <SEP> N" <SEP> . <SEP> . <SEP> .
<SEP> . <SEP> . <SEP> - <SEP> - <SEP> SD <SEP> 527 <SEP> - <SEP> - <SEP> SB <SEP> 510
<tb> Lactose <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 44,22 <SEP> 46,41 <SEP> 42,57 <SEP> 42,80 <SEP> 52,56 <SEP> 48,10
<tb> Protéine <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 21,95 <SEP> 23,07 <SEP> 18,34 <SEP> 17,93 <SEP> 23,02 <SEP> 20,07
<tb> Carbonate <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 17,08 <SEP> 13,75 <SEP> 16,17 <SEP> 17,09 <SEP> 8,27 <SEP> 10.05
<tb> Acidité <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 17,37 <SEP> 17,41 <SEP> 6,60 <SEP> 18,40 <SEP> 10,80 <SEP> 6,45
<tb> pH <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 3,8 <SEP> 3,8 <SEP> 5,25 <SEP> 3,9 <SEP> 4,1 <SEP> 4,85
<tb> Solides <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 30,62 <SEP> 29,52 <SEP> - <SEP> 29,79 <SEP> 28,54 <SEP> Humidité <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> .
<SEP> 7,30 <SEP> 7.80
<tb> (*) <SEP> Sur <SEP> la <SEP> base <SEP> exempte <SEP> d'humidité.
Dans le tableau II on fournit les mêmes données que dans le tableau I mais pour le petit-lait typique à haute température du Cheddar :
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EMI4.1
Tableau II Analyse typique Petit-lait de fromage (@ Cheddar partiellement délactosé Approximativement 20 % de déminéralisation Approximativement 40 0/a de déminéralisation Avant démin. Après démin. Après séchage Avant démin. Après démin.
Après séchage Charge N . . . . . - - SE 506 - - SE 505 Lactose . . . . . . 46,37 - 44,67 46,37 - 48,10 Protéine . . . . . . 22,52 - -2l,43 22,52 - 21,84 Carbonate . . . . . 17,45 13,73 14,33 17,45 10,52 11,97 Acidité . . . . . . 9,6 9,l 6,5 9,6 9,45 6,3 pH . . . . . . . 4,6 4,45 5,35 4,6 4,6 5,32 Solides . . . . . . 32,37 28,0 - 32,37 27,5 Humidité . . . . . 8,40 7,20 (*) Sur la base exempte d'humidité. Dans ces tableaux, les données dans les colonnes Avant démin. concernent le petit-lait qui a été traité selon les stades mentionnés avant l'électrodialyse.
Les données dans la colonne Après séchage concernent la matière sèche et divisée après neutralisation partielle et conversion en un produit sec de la façon précédemment décrite, à savoir un premier séchage par pulvéri- sation jusqu'à une teneur en humidité de 12 à 18'% et un second séchage faisant descendre cette teneur à envi- ron 6,0à8,0o/o. La neutralisation partielle avant séchage se fait par introduction de la quantité nécessaire d'hydroxyde de calcium pour régler la concentration en ion hydrogène à pH 5,0 - 5,5.
Le tableau III ci-après concerne d'autres analyses ayant trait à la composition minérale du petit-lait à haute température, partiellement délactosé et provenant du fromage blanc, avant et après la déminéralisation à 20'% et à 50'%.
EMI4.20
<tb> Tableau <SEP> 111
<tb> Composition <SEP> minérale <SEP> du <SEP> petit-lait <SEP> partiellement <SEP> délactosé <SEP> du <SEP> fromage <SEP> blanc <SEP> avant <SEP> et <SEP> après <SEP> la <SEP> déminéralisation <SEP> par
<tb> l'électrodialyse <SEP> à <SEP> deux <SEP> niveaux <SEP> de <SEP> déminéralisation
<tb> 20 <SEP> % <SEP> de <SEP> déminéralisation <SEP> 50% <SEP> de <SEP> déminéralisation
<tb> Avant <SEP> démin. <SEP> Après <SEP> démin. <SEP> % <SEP> de <SEP> changement <SEP> Avant <SEP> démin.
<SEP> Après <SEP> démin. <SEP> % <SEP> de <SEP> changement
<tb> Carbonate <SEP> total <SEP> (550 <SEP> C) <SEP> 17,05 <SEP> 13,05 <SEP> -23,5 <SEP> 17,4 <SEP> 7,75 <SEP> -57,4
<tb> Calcium <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,83 <SEP> 0,865 <SEP> -I- <SEP> 4,2 <SEP> 0,725 <SEP> 1,06 <SEP> +40,7
<tb> Magnésium <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,088 <SEP> 0,088 <SEP> 0,0 <SEP> 0,0973 <SEP> 0,119 <SEP> -I- <SEP> 17,2
<tb> Potassium <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 2,08 <SEP> 1,06 <SEP> -49,0 <SEP> 3,18 <SEP> 0,0575 <SEP> -98,2
<tb> Sodium <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 1,40 <SEP> 0,75 <SEP> -46,4 <SEP> 1,22 <SEP> 0,0813 <SEP> -93,6
<tb> Phosphore <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 1,55 <SEP> 1,32 <SEP> -14,8 <SEP> 1,08 <SEP> 0,967 <SEP> -14,3
<tb> Chlorure <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> .
<SEP> 2,02 <SEP> 0,86 <SEP> -57,5 <SEP> 4,30 <SEP> 0,151 <SEP> -96,6
<tb> Lactate* <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 13,91 <SEP> 5,93 <SEP> -57,3 <SEP> 9,73 <SEP> 3,33 <SEP> -67,2
<tb> Citrate- <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,33 <SEP> 0,32 <SEP> - <SEP> 1,64 <SEP> 2,38 <SEP> -I- <SEP> 38,8
<tb> Acidité <SEP> titrable <SEP> sous
<tb> forme <SEP> d'acide <SEP> lactique <SEP> 17,4 <SEP> 17,4 <SEP> - <SEP> 18,4 <SEP> 10,8 <SEP> Total <SEP> de <SEP> solides <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 28,1 <SEP> 27,1 <SEP> - <SEP> 4,2 <SEP> 28,70 <SEP> 27,2 <SEP> - <SEP> 5,2
<tb> * <SEP> Sous <SEP> forme <SEP> d'acide <SEP> lactique
<tb> ** <SEP> Sous <SEP> forme <SEP> d'acide <SEP> citrique
<tb> Toute <SEP> l'analyse <SEP> est <SEP> sur <SEP> base <SEP> sèche.
On remarquera dans ce tableau 111 que le procédé apporte une augmentation marquée du pourcentage du calcium dans la teneur minérale résiduelle. En ce qui concerne la teneur en sodium dans les matières miné- rales résiduelles, le tableau fait ressortir une baisse notable. Cet avantage du procédé peut être constaté aussi bien aux petits-laits à haute température qu'à ceux à basse température.
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La composition minérale du produit final indiquée dans le tableau 111 est une propriété avantageuse. Dans de nombreux cas, par exemple dans les aliments pour bébés, on a intérêt à réduire la teneur en ions monovalents par rapport aux ions divalents.
Outre sa nouvelle composition minérale, le produit sec est une poudre hydratée relativement fluide dont la granulométrie est telle que la majeure partie des particules est comprise entre 840 et 40 microns. Le produit ne forme pas de grumeaux quand on l'expose à l'atmosphère et se conserve très bien sans brunissement. La teneur en calcium dans le carbonate du petit-lait partiellement délactosé tend à être notablement plus faible que la teneur dans le mêem petit-lait avant la cristallisation du lactose et la récupération du lactose du produit.
Les raisons en sont les suivantes La concentration du petit-lait entier à un niveau de solides de 50 à 60%, outre qu'elle concentre le lactose, le fait également pour tous les autres constituants y compris le calcium et l'acide citrique. Ces derniers constituants sont concentrés à un tel degré que l'on dépasse très notablement la limite de solubilité du citrate de calcium.
II en résulte l'enlèvement d'une certaine proportion de citrate de calcium de la solution sous une forme cristalline, et ces cristaux s'intègrent dans la massedu lactose cristallin au moment de sa séparation matérielle de la liqueur mère par tamisage, centrifugation, décantation ou une technique analogue.
Le pourcentage du calcium dans le carbonate peut se rapprocher de 4 à 6 % au lieu d'environ 9% qui est un chiffre courant pour les petits-laits de diverses origines.
Les données du tableau 111 montrent les valeurs en calcium dans deux charges différentes du petit-lait partiellement délactosé du fromage blanc avant l'électrodialyse : les chiffres étant 4,8% de carbonate total dans un cas et 4,1% dans l'autre cas. Si aucune partie du calcium n'était enlevée sous forme de son citrate, les teneurs seraient de l'ordre de 8,5 0/0.
Il est cependant très important de remarquer le rapport pondéral des ions Na + et K1- aux ions Ca--+. Dans le carbonate du petit-lait délactosé à environ 40% avant l'électrodialyse, ce rapport de (Na+ - K+) à Ca- + est d'environ 4 : 1 ce qui montre une prépondérance excessive des ions Na+ et K+ par rapport à l'ion Ca++, ce dernier étant précieux dans tout ingrédient d'une alimentation humaine ou animale.
Après l'électrodialyse de la matière pour enlever environ 15 % du carbonate, on observe un changement remarquable du rapport (Na+ -;- K+) à Ca++, lequel rapport est de 2,0: 1 au lieu de 4 : 1. L'ion calcium précieux est éliminé plus lentement que les ions Na- et K1 qui, à leurs niveaux initiaux, limitent sévèrement l'utilité du produit dans les aliments pour l'homme et l'animal.
Dans le cas d'une déminéralisation à 50 0/0, le changement du rapport (Na+ -I- K+) à Ca++ est encore plus remarquable. Au début de l'électrodialyse ce rapport est de 6 : 1, mais après une déminéralisation d'en- viron 55%, ce rapport passe à 1 : 6. On remarquera que même si une partie du calcium est électrodialysée au cours d'une déminéralisation de 15 à 55 0/0, le niveau réel du calcium dans le produit final tend à augmenter plutôt qu'à diminuer, en améliorant la qualité du produit final en tant que source nutritive riche en calcium.
II en est ainsi du fait que les ions sodium, potassium et chlorure sont conjointements présents en des tenues initiales élevées et sont éliminées par préférence à un taux tellement élevé que les solides dans le produit diminuent plus rapidement que l'ion calcium ne baisse dans le produit.
Ces changements des rapports sont indiqués dans le tableau IV qui est obtenu à partir des résultats du tableau 111.
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<tb> Tableau <SEP> IV
<tb> Rapports <SEP> pondéraux <SEP> des <SEP> ions <SEP> (Na, <SEP> + <SEP> K+) <SEP> au <SEP> Ca+-dans <SEP> le <SEP> petit-lait <SEP> partiellement <SEP> délactosé <SEP> du <SEP> fromage
<tb> blanc <SEP> aux <SEP> niveaux <SEP> de <SEP> déminéralisation <SEP> d'environ <SEP> 20 <SEP> et
<tb> 50% <SEP> par <SEP> électrodialyse.
<tb> 2011/o <SEP> 50 <SEP> % <SEP> de
<tb> déminéralisation <SEP> déminéralisation
<tb> Avant <SEP> Après <SEP> Avant <SEP> Après
<tb> démin. <SEP> démin. <SEP> démin. <SEP> démin.
<tb> Carbonate <SEP> total% <SEP> 17,05 <SEP> 13,05 <SEP> 17,4 <SEP> 7,75
<tb> Ca++ <SEP> dans <SEP> carbonate <SEP> 0/0 <SEP> . <SEP> . <SEP> 4,87 <SEP> 6,6 <SEP> 4,1 <SEP> 13,6
<tb> Na+, <SEP> 0/0 <SEP> .
<SEP> . <SEP> . <SEP> 8.? <SEP> 5,7 <SEP> 7,0 <SEP> 1,05
<tb> K--, <SEP> % <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 12,2 <SEP> 8,1 <SEP> 18,0 <SEP> 0,74
<tb> Na' <SEP> + <SEP> K+, <SEP> 0/0 <SEP> . <SEP> 20,4 <SEP> 13,8 <SEP> 25,0 <SEP> 1,79
<tb> Rapport
<tb> Na+ <SEP> + <SEP> K+
<tb> 4:1 <SEP> 2:1 <SEP> 6:1 <SEP> 1:6
<tb> Ca+
Le procédé selon l'invention qui combine l'électro- dialyse et un enlèvement partiel du lactose du petit-lait permet d'obtenir directement un produit jusqu'à présent inobtenable en ce qui concerne son équilibre avantageux des cations monovalents au calcium dans un produit enrichi en protéines par l'élimination des proportions importantes du lactose du petit-lait initial.
On peut obtenir ainsi un produit sec qui contient, en poids, 45 à 52 % de lactose et environ 18 à 24% ou plus de protéines,
alors que la teneur en carbonate ne dépasse pas environ 8 à 16 % et que la teneur de ce carbonate en calcium est d'environ 1,
0 % et en même temps la teneur combinée en Na et K ne dépasse pas environ 1,8 % et le rapport dans le carbonate de (Na, et K+) au Ca++ ne dépasse pas environ 2: 1.
Dans le produit déminéralisé à en- viron 50%, le rapport (Na@ + K+) au Ca++ sera d'environ 1 : 6, tout en préservant ou en améliorant la teneur réelle en calcium de la matière première.
En général, le procédé présente de nombreux avantages par rapport aux procédés connus pour réduire la teneur en carbonate du petit-lait. Plus particulièrement, il permet l'application économique de l'électrodialyse sans colmater ou encrasser sérieusement les membranes ou les canaux. Le procédé est applicable aux petits- laits aussi bien à haute température qu' à basse température. Il permet la production économique d'aliments comestibles qui sont relativement riches en protéines et qu'on peut utiliser tels quels comme un aliment pour l'homme, aussi bien d'ailleurs qu'en mélange avec d'autres aliments. La teneur en sodium relativement faible est avantageuse, car on peut utiliser le produit dans torts les cas où une forte proportion de sodium serait nocive.
En même temps, les propriétés de ce produit sont obtenues conjointement avec une teneur totale en substances minérales dont la valeur est mieux adaptée aux exi-
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gences de la nutrition et aux contingences organolep- tiques de l'homme.
Un avantage du présent procédé est l'obtention d'un concentré liquide ayant de bonnes propriétés de séchage. On indiquera que les petits-laits délactosés aussi bien à haute qu'à basse températures, mais non déminéralisés, sont difficiles à transformer en poudres sèches par un procédé de séchage par pulvérisation. L'appareillage de séchage par pulvérisation, lorsqu'on l'utilise pour de telles matières, tend à être instable et exige un réglage critique, et la matière elle-même tend à former des masses poisseuses au lieu de particules individuelles désirées.
Avec une déminéralisation à environ 20% ou plus, on observe des changements qui, tout en n'étant pas très bien compris, confèrent de bonnes propriétés de séchage, ce qui permet de sécher la matière par pulvérisation de la façon décrite, en formant les particules hydratées et séparées qu'on désire et sans un réglage particulièrement critique des variables.
Outre les propriétés mentionnées, le produit sec final possède une résistance physique et chimique combinée à la formation de grumeaux. On peut le conditionner et le vendre dans des emballages de divers types sans agglutination. Il est relativement non hygroscopique vis-à-vis de l'humidité atmosphérique et on peut donc le conditionner et le vendre dans des récipients non hermétiques. En raison du mode de séchage par pulvérisation en un hvdrate, la teneur en lactose est sous forme d'al- pha-lactose monohydraté. Une autre propriété du produit final est sa bonne propriété de conservation, surtout en ce qui concerne les changements de saveur et l'absence d'une décoloration ou d'un brunissement.
Jusqu'à présent on a supposé que le traitement comporte la transformation du concentré délactosé et déminéralisé en une forme sèche. Cependant, dans certains cas il petit être commode de mettre sur le marché le concentré direct ou après une nouvelle concentration sans aucun autre traitement. Les acheteurs peuvent alors incorporer d'autres ingrédients pour la fabrication de divers produits composites, et ces produits composites peuvent être liquides ou secs.
Par exemple, l'acheteur petit mélanger le concentré avec des particules fibreuses sèches, telles que le son et les balles de riz, après quoi on sèche cette matière granulaire à l'air, ou encore on peut mélanger un concentré délactosé et déminéralisé à haute ou basse température avec d'autres aliments liquides pour l'alimentation des bébés.
Les exemples suivants servent à illustrer le procédé selon l'invention Exemple 1: On concentre du petit-lait à haute température pro- venant de fromage blanc naturel à pH 4,2 jusqu'à 54 % de solides et on laisse le lactose se cristalliser. On enlève les plus gros grains du lactose en utilisant un tambour de tamisage comme il est expliqué dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 2768912. On soumet le concentré résultant à environ 27 C à la centrifugation pour enlever une boue qui contient les plus petits cristaux du lactose.
Après la centrifugation, le concentré comprend du petit-lait dont on a enlevé 55 % du lactose initial. On chauffe le petit-lait délactosé à 49 C et on le maintient à cette température pendant 30 minutes. On dissout ainsi les derniers petits cristaux de lactose. On soumet la matière liquide à un traitement de clarification dans un appareil centrifuge, à savoir l'appa- reil de clarification à ouverture automatique, modèle BRPX-309 de DeLaval. Cette opération enlève les solides de protéines en suspension du type pouvant être enlevés par l'application d'une force centrifuge égale à 4000 ou 5000 fois la gravité.
A ce moment, la concentration en ion hydrogène est de pH 4 et la concentration en solides de 28,7'%. On procède à l'électrodialyse dans une installation de déminéralisation à quatre empilages (lonics Inc.) d'une façon classique. On règle la tension et le courant électrique pendant l'électrodialyse de façon à éviter le surchauffage (par exemple au-dessus de 38 C), qui provoquerait la précipitation des protéines ou la gé- lification. Pendant ce traitement le pH est compris entre 4,0 et 4,5.
On poursuit l'électrodialyse jusqu'à une démi- néralisation de 50'%. On neutralise partiellement la ma- tière électrodialysée qui est à pH4,5 par l'addition d'une petite quantité d'hydroxyde de calcium pour obtenir un pH 5,0, on concentre par évaporation sous vide à 50 % de solides, et on transforme en une poudre sèche en utilisant l'appareillage précédemment décrit, à savoir un appareil de séchage classique par pulvérisation du type générateur d'hydrate, et un second appareil de séchage.
Les analyses avant et après la déminéralisation sont sensiblement conformes aux tableaux I et II. La matière obtenue se prête facilement au séchage par pulvérisation pour former un produit hydraté stable et à écoulement facile. Le produit résiste généralement à l'agglutination, possède de bonnes propriétés de conservation et ne se décolore pas. Sa teneur en protéines est élevée et il convient pour la consommation par l'homme.
Exemple 2 On utilise le même petit-lait qu'à l'exemple 1 et on le traite de la même façon pour enlever le lactose, les cristaux fins de lactose et la protéine insoluble. Cepen- dant on remplace la déminéralisation à 50 % par une déminéralisation à 20'% et après cette opération le pH de la matière est de 3,8. On neutralise partiellement en ajoutant de la chaux et on sèche par pulvérisation pour obtenir le produit pulvérulent désiré.
Les résultats des analyses avant et après déminéralisation sont sensiblement conformes aux tableaux 1 et III. Les propriétés de séchage sont bonnes et, après séchage par pulvérisation, on obtient un produit qui ne s'agglutine pas, se conserve bien et ne se décolore pas. Exemple 3 La matière première est un petit-lait à haute température du Cheddar et non du fromage blanc. On con- centre le petit-lait (pH 5,0) à 55'% de solides et on laisse le lactose se cristalliser. On élimine les plus gros cristaux du lactose comme à l'exemple 1.
On soumet le concentré résultant à environ 27 C à la centrifugation pour en extraire une boue contenant les plus petits cristaux de lactose. Après cette centrifugation, le concentré est un petit- lait dont 55'% du lactose initial est enlevé. On chauffe le petit-lait délactosé à 490 C et on le maintient à cette température pendant 30 minutes, ce qui permet de dissoudre les petits cristaux restants du lactose.
On soumet la matière liquide à un traitement de clarification par passage à travers une centrifugeuse, en l'occurrence la même machine BRPX 2109 qu'à l'exemple 1. On élimine ainsi les solides protéiniques en suspension comme à l'exemple 1. A ce stade le pH est de 4,5 et la concentration de solides est de 28,7 %. On procède à l'électro- dialyse comme à l'exemple 1, avec un réglage de la tension et de l'intensité du courant de façon à éviter le
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surchauffage (par exemple au-dessus de 38" C), dont le résultat aurait été une précipitation des protéines ou la gélification. Pendant l'électrodialyse, le pH est compris entre 4,5 et 4,6. On poursuit l'électrodialyse jusqu'à une déminéralisation d'environ 400/0.
On neutralise partiellement la matière électrodialysée (pH 4,6) jusqu'au pH de 5,0 par l'addition d'une petite quantité d'hydroxyde de calcium, on concentre par évaporation sous vide à 50 0/0 de solides, et on transforme en une poudre sèche en utilisant le même appareillage qu'à l'exemple 1. Les analyses avant et après la déminéralisation sont conformes aux résultats du tableau II, et la composition minérale est telle qu'au tableau III. Les propriétés de séchage sont bonnes et les autres propriétés sont généralement comme celles du produit de l'exemple 1.
Exemple 4: On utilise la même technique qu'à l'exemple 3, mais l'électrodialyse du petit-lait de Cheddar se fait jusqu'à 20,%. Après l'électrodialyse le pH est de 4,5. On con- centre la matière électrodialysée à 50'% de solides par évaporation sous vide, puis on convertit en une poudre sèche en procédant comme à l'exemple 1. Les conditions de séchage sont bonnes et on obtient un produit final du même type qu'à l'exemple 1.
Exemple 5 Cet exemple décrit le traitement du petit-lait à basse température. On préchauffe du petit-lait du fromage blanc naturel (pH 4,2) à environ 68 C et on maintient à cette température pendant 20 secondes environ. On concentre par passage à travers les quatre étages de l'évaporateur sous vide Peebles , les enveloppes des quatre étages étant respectivement maintenues à des températures de 72, 57, 53 et 48 C.
Le concentré est débité du dernier étage à 46 C et contient 53,5'% de solides. On laisse cristalliser le lactose dans un appareil cristallisateur classique. On enlève les plus gros cristaux du lactose par le tambour de tamisage de l'exemple 1. On soumet ensuite le concentré résultant qui est à environ 27 C, à une centrifugation pour extraire une boue contenant les plus petits cristaux du lactose.
Après centrifugation, le concentré est un petit-lait ayant perdu 55% du lactose initial. On chauffe le petit-lait délactosé à 491, C et on le maintient à cette température pendant 30 minutes pour dissoudre les petits cristaux restants de lactose. On procède à la clarification de la matière liquide comme à l'exemple 1 en la faisant passer à travers l'appareil BRPX 309 à ouverture automatique afin d'enlever les solides protéiniques en suspension.
A ce stade la concentration en ion hydrogène est de pH 4,1 et la concentra- tion en solides est de 26,1%. On procède à l'électro- dialyse comme à l'exemple 1. Pendant cette opération le pH est dans l'intervalle de 3,9 à 4,6. On poursuit l'élec- trodialyse pour réduire la teneur carbonatée à raison de 17,3'0/0. 38,0;04,45,6% et 52,3'%, d'échantillons prélevés à des moments différents.
On neutralise partiellement tous les échantillons en ajoutant des petites quantités d'hydro- oxyde de calcium, jusqu'à pH 5,2. On concentre les échantillons à environ 47'% de solides par évaporation sous vide et on convertit en poudres sèches en utilisant le séchage par pulvérisation comme à l'exemple 1.
Les analyses avant et après déminéralisation donnent des résultats comparables à ceux des tableaux I et II. Le concentré électrodialysé se prête facilement au séchage par pulvérisation et donne une poudre hydratée stable s'écoulant librement. Le produit résiste à l'agglutination, se conserve bien et ne se décolore pas. En raison de son caractère pratiquement non dénaturé, la teneur protéini- que du produit le rend très approprié à des usages diététiques spéciaux, par exemple les aliments pour bébés. Exemple 6: Cet exemple décrit le traitement du petit-lait à basse température, doux et comestible, formé à partir du fromage blanc.
On préchauffe le petit-lait naturel (pH 6,2) à env. 73 C pendant 15 secondes env. puis on le fait passer à travers un évaporateur sous vide dont les températures de l'enveloppe sont respectivement de 79, 70 et 57- C pour le premier, le second et le troisième étage. L'évaporateur est un appareil Peebles à tirage vers le bas. L'évaporation sous vide donne un concentré con- tenant au total 26,91% de solides et on soutire ce con- centré du dernier étage à 44" C.
On ajoute de l'eau oxygénée à ce concentré à raison de 270 ppm pour assurer la stérilisation. Après 3 1i env. au repos, on soumet le concentré à une seconde évaporation sous vide qui consiste à préchauffer rapidement à 60,, C et à faire passer immédiatement le concentré à travers un étage d'évaporation sous vide d'une température d'enveloppe de 66,# C, et le concentré est enlevé à 44,, C avec une concentration totale de 49,
83 % de solides. On transfère le concentré à un mélangeur à rubans que l'on utilise comme appareil de cristallisation. On met en route l'agitateur du mélangeur après que ce dernier a été rempli avec le concentré et après une brève période de refroidissement. Après cela, on refroidit progressivement le concentré pour faire descendre sa température de 43 à 28 C en 10 heures. Après une période de 10 heures 1/2 à partir du moment de remplissage de l'appareil de cristallisation, toute la masse est transférée dans la cuve d'une centrifugeuse. Cette cuve est en l'occurrence un panier qui a été enduit de lactose hydraté brut d'un type grossier.
Le but de cet enduisage est de permettre l'enlèvement d'une proportion notable des cristaux fins du lactose en même temps que des plus gros cristaux. On chauffe le concentré résultant qui est à une température d'environ 27 C jusqu'à 38,, C et on ajoute de l'hydroxyde de sodium pour régler le pH à 6,2. On procède à la centrifugation dans l'appareil BRPX 309 pour clarifier le produit et en éliminer les derniers cristaux fins du lactose.
Après centrifugation, le concentré est un petit-lait ayant perdu en- viron 40 % du lactose initial. On soumet avec succès des quantités de ce concentré à la même électrodialyse qu'à l'exemple 1, pour effectuer la déminéralisation à plusieurs niveaux compris entre 15 et 55%. Pendant la déminéralisation le pH du petit-lait est compris entre 4,7 et 6,5.
Dans ce qui précède, on a décrit l'invention à propos du traitement des petits-laits à haute température et à basse température, provenant de certains fromages particuliers (le Cheddar >> et le fromage blanc). Le procédé selon l'invention est cependant applicable aux petits-laits d'autres fromages à base de lait caillé, par exemple le gruyère, le fromage de Hollande >>, le fromage appelé aux Etats-Unis Jack cheese et similaire, dont le petit- lait est très voisin de celui obtenu avec le Cheddar .
On considère le petit-lait du fromage blanc comme un exemple représentatif de divers autres petits-laits acides par exemple ceux provenant des fromages aigres à base de lait caillé et ceux provenant de la fabrication du fromage blanc ou de la caséine grâce à l'utilisation de l'acide lactique ou d'un autre acide minéral d'une qualité compatible (par exemple l'acide chlorhydrique et sulfurique) quand on les utilise pour l'enlèvement de la caséine d'un lait non gras.
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Dans la description qui précède, on a fait état d'un concentré de petit-lait délactosé obtenu en concentrant le petit-lait à partir d'une teneur de 50 à 60 % en soli- des, puis en enlevant de 30 à 70'% du lactose initial. Cependant,
le procédé selon l'invention reste applicable lorsque le concentré du petit-lait délactosé a été obtenu par des procédés connus qui peuvent éliminer de 70 à 85'9/o du lactose initial. De tels procédés peuvent comporter simplement un second stade de concentration suivi d'une seconde cristallisation et d'une nouvelle récolte, ou encore une concentration et une cristallisation simultanées, qu'on fait suivre d'une récolte classique.
Un autre procédé connu permet de concentrer le petit-lait à partir de la valeur initiale de 60 à 70 % de solides après neu- tralisation à pH 6 et addition d'un phosphate de stabilisation des protéines. D'une façon générale on peut traiter le concentré du petit-lait délactosé, ainsi obtenu, par le même procédé que celui décrit.
L'analyse de la teneur carbonatée dans le produit final est un peu modifiée quand on utilise un phosphate stabilisant, car cette analyse reflète l'addition de substances minérales pour la neutralisation et la stabilisation.
A titre d'exemple dans lequel on enlève au petit-lait de 70 à 85 % de sa teneur en lactose, on peut concentrer du petit-lait de Cheddar et cristalliser le lactose comme c'était le cas dans l'exemple 3, après quoi on peut récolter le lactose comme on l'avait fait dans l'exemple 1,
en obtenant environ 55'% du lactose initial dans le petit- lait. Une nouvelle concentration du petit-lait résultant jusqu'à une teneur en solides de 559/o, suivie d'une cristallisation et d'une récolte comme précédemment,
permet d'obtenir un rendement en lactose naturel qui représente 80 % de la teneur initiale en lactose. On peut régler le concentré résultant à une teneur totale de 28 % de so- lides, le chauffer à 49,, C,
le maintenir à cette température pendant 20 minutes afin de dissoudre les cristaux résiduels de lactose et finalement le clarifier comme dans l'exemple 1. On soumet ensuite le concentré clarifié à une électrodialyse comme dansTexemple 1, sauf que l'on peut procéder à cette électrodialyse de manière à obtenir environ 45'% de déminéralisation. On peut régler le con- centré résultant à un pI-1 de 5,0 par l'addition de chaux,
puis on concentre à une teneur de 50 % en solides au moyen d'une évaporation sous vide et finalement on sèche par pulvérisation. Une analyse typique du produit sec finalement obtenu de la façon décrite est la suivante Lactose . . . . . . 43,0'9/o Protéines . . . . . 33,0 % Carbonate . . . . . 11,5'9/o Humidité . . . . . 7.21/o La teneur en carbonate dans un tel produit typique peut être essentiellement la même que dans l'exemple 3.
Dans la forme de réalisation et dans l'exemple qui viennent d'être décrits, il a été question du traitement du petit-lait de fromage de Cheddar >>. Cette même forme de réalisation est applicabie au traitement du petit-lait de fromage blanc à haute température . Par exemple, on peut traiter un petit-lait fluide de fromage blanc à haute température à pH 4,2, en procédant comme dans l'exemple 1, c'est-à-dire par évaporation, cristallisation et récolte du lactose. Après cela, on peut effectuer un second stade d'évaporation, de cristallisation et de récolte de sorte que l'on élimine au total 8019/o de la teneur initiale en lactose. On peut alors soumettre le concentré résultant à une électrodialyse après chauffage et clarifi- cation comme dans l'exemple 1.
On peut exécuter l'électrodialyse jusqu'à un degré de déminéralisation d'environ 45 0/0. Après avoir élevé le pH jusqu'à 5 environ par l'addition d'une petite quantité d'hydroxyde de calcium, on peut évaporer le concentré jusqu'à une te- neur en solides de 50 % et le sécher par pulvérisation comme dans l'exemple 1.
Un produit typique obtenu de cette façon aura l'analyse suivante Lactose . . . . . . 43,5% Protéines . . . . . 36,0% Carbonate . . . . . 12,0% Humidité . . . . .
7,5% En ce qui concerne l'enlèvement du lactose par concentration et cristallisation avec utilisation d'un stabilisant phosphaté des protéines, on pourrait traiter le petit- lait de la manière décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 2467453, avec une concentration du petit- lait comprise entre 60 et 70 @% de solides, et en présence d'un stabilisant chimique pour protéger les protéines à l'encontre d'une dénaturation par la chaleur.
Par exemple, on peut traiter du petit-lait fluide, ayant une acidité titrable de 0,l3 19/o sous forme d'acide lactique, avec de l'hydroxyde de sodium pour régler son pH à 7,02. On peut ajouter une quantité suffisante de stabilisant des protéines, à savoir le composé quadrofos Na0P4013, pour obtenir une concentration de 0,004 % dans le petit- lait fluide.
On peut effectuer le chauffage, l'évaporation, la cristallisation et la récolte des cristaux sensiblement comme il est décrit dans le brevet No 2467453 précité afin d'obtenir un rendement de 76'9/o du lactose initial contenu dans le petit-lait. On peut chauffer la liqueur- mère restante, qui contient 28'% de solides, à une tem- pérature de 46 C afin de dissoudre les cristaux résiduels et enfin on peut clarifier par centrifugation.
On règle de préférence le pH à 6,4 avec de l'acide chlorhydrique et on électrodialyse le concentré à une température com- prise entre 39 et 42 C afin d'éliminer 46 % du carbo- nate. De préférence, on règle pendant l'électrodialyse le pH entre 6,4 et 6,9. On peut soumettre le concentré élec- trodialysé à une nouvelle concentration par évaporation jusqu'à une teneur totale de 50% en solides, après quoi on peut sécher par pulvérisation comme dans l'exemple 1.
L'analyse du produit peut être la suivante 43,3 n/o de lactose, 31,3 % de protéines, et 10,4 % de carbonate (en poids rigoureusement sec). La composition du carbonate peut être celle du tableau III, sauf que les teneurs en sodium et en phosphore traduisent les additions de ces éléments afin d'assurer la stabilisation chimique des protéines à l'encontre de la chaleur.