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La dshydratation des aliments 06 12 2010

Quelques dfinitions Dessiccation : Action de desscher, limination de toute substance volatile prsente dans un corps non volatil. Dshydratation : action dliminer, partiellement ou totalement, leau contenue dans laliment Concentration : action daugmenter la masse dun produit dans lunit de volume ; ceci peut tre ralis par dshydratation partielle, avant une dshydratation totale. Schage : action denlever lexcs dhumidit par vaporation de leau donc en faisant intervenir la chaleur. On aboutit des produits alimentaires dit secs ; lindustrie alimentaire utilise le terme schage pour une dshydratation pousse.

Rle de leau : - transport, Hydrolyse,

I. Leau dans les aliments 1.1- Les diffrents tats de leau (fig 1) Les corps purs peuvent exister sous trois tats : solide, liquide, gazeux. Le passage dun tat lautre est fonction de la temprature et de la pression. Le diagramme temprature/pression de leau prsente un point particulier : le point triple. Autour de ce point triple, leau peut exister soit ltat solide, liquide ou gazeux, et en faisant varier la temprature et la pression, on fait passer leau dun tat un autre.

1.2- La teneur en eau ou humidit dun aliment Cest la quantit deau contenue dans un produit. Cest la quantit deau perdue par un aliment lorsquon le place dans une enceinte 103C avec une pression de vapeur deau nulle. Elle sexprime en g deau pour 100 g daliment. On appelle teneur en eau base sche la masse deau (g) rapporte la masse de matire sche (100 g) On appelle teneur en eau base humide la masse deau (g) rapporte la masse totale de produit (100 g).

Sur le plan chimique, il sagit de la mesure de leau totale ( libre et lie) La teneur en eau dtermine lapptence (lenvie) de laliment et certains caractres organoleptiques.

1.3- Lactivit de leau (voir cours de biochimie) On appelle activit de leau aw le rapport de la pression de vapeur deau du produit humide sur la pression de la vapeur deau pure la mme temprature. Ce paramtre traduit les interactions de leau avec la matrice de laliment, la disponibilit de leau. Les valeurs de law varient entre 0 et 1. Attention activit en eau et teneur en eau ne sont pas quivalent !

1.3.1- Relation Aw- teneur en eau totale (fig 2) Cette courbe reprsente pour une temprature donne la teneur en eau dune substance en fonction de la valeur de lactivit de leau. Dans la plupart des cas elle a lallure dune courbe en S dfinissant 3 zones :

- zone A : aw infrieure 0,2-0,3 correspond leau fortement lie, elle se trouve sous forme dune couche monomolculaire rigide la surface des molcules (association avec les constituants organiques polaires par des liaisons H, eau de cristallisation des constituants minraux). Eau non congelable, non disponible comme moyen de transport ou comme solvant pour les ractions biologiques.

- Zone B : Eau faiblement lie, elle se trouve sous forme de couche polymolculaire, on parle deau pseudo liquide. Il y a des changes de molcules deau avec la couche monomolculaire et avec leau libre Elle est congelable, disponible comme solvant mais pas comme moyen de transport.

- Zone C : Eau libre, elle se trouve ltat liquide, est congelable et disponible pour toutes les fonctions.

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1.3.2- Isotherme de sorption ( ad- ou d-) de leau (fig 3) Courbes isothermes de dsorption et de sorption d'un bioproduit : La quantit d'eau retenue par un bioproduit en fonction de son aw peut tre tudie au cours d'un cycle de

dshydratation-rhydratation de ce bioproduiL.. Pour une temprature donne, les courbes de dshydratation et de rhydratation prsentent une allure sigmode

et ne se superposent pas : -lors de la dshydration, on obtient la courbe de dsorption ; -lors de la rhydratation, on obtient la courbe de sorption (ou d'adsorption) ; -ces courbes sont appeles courbes isothermes ; -enfin la non superposition des 2 courbes est appele phnomne d'hystrsis.

Lhumidification est infrieure la dshydratation. Pour une mme Aw, la teneur en eau dun produit que lon sche (dsorption) sera suprieure celle dun produit que lon mouille (adsorption). Pour une mme teneur en eau un aliment aura une Aw plus leve lorsquon le rhydratera. Leau rintroduite est plus disponible et moins lie que lors de la dshydratation : elle se trouve plus en surface. Le phnomne dhystrsis est surtout important pour les fruits et les lgumes.

1.4- Intrt de lAw en technologie alimentaire La mesure de aw permet de prvoir et dviter les dtriorations physico-chimiques, les activits enzymatiques et la prolifration de micro-organismes. ( voir cours de biochimie).

Intrt sur la conservation : plus aw est bas, mieux laliment se conserve ( prolifration microbienne ralentie, ractions chimiques limites, enzyme non efficaces). Si on ne veut pas modifier la teneur globale en eau dun aliment et amliorer sa conservation il faut pouvoir diminuer aw sans changer sa teneur en eau. Il faut donc augmenter leau lie ; pour cela on peut ajouter du sucre, du sel Voir figure 4 et relation teneur aw avec zone croissance micro-organismes Intrt sur le schage : Au cours du schage c'est d'abord l'eau libre qui va tre vapore, puis l'eau de plus en plus lie : aussi la quantit d'nergie ncessaire pour vaporiser la mme quantit d'eau augmente au cours du schage. Le dernier gramme d'eau vapor cote beaucoup plus d'nergie que le premier.

Intrt pour lemballage : si le produit a une Aw faible, il faut un conditionnement plus tanche la vapeur deau ; si le produit a une Aw forte, il faut un conditionnement plus tanche aux contaminations microbiennes.

Intrt de lhystrsis lors de la rhydratation dun aliment dshydrat : pour une mme teneur en eau que laliment frais, laliment rhydrat aura une plus grande aw. Consquence : laliment rhydrat se conserve moins bien que laliment frais !

Intrt de la temprature A humidit constante, en emballage tanche, une augmentation de la temprature augmente law. La conservation est donc moins bonne.

II. Intrt de la dshydratation

2.1- En pharmacie Conservation des substances mdicamenteuses fragiles (plasma, srums, enzymes, vitamines,

antibiotiques) Conservation de greffons dorigine humaine ou animale (os, peau, corne, artres) Conservations de la matire vivante (souches bactriennes, virus, vaccins).

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2.2- En agro-alimentaire Concentration des aliments (jus de fruit, lait) donc rduction de la masse et du volume des bioproduits

donc des conomies dencombrement et de transport. Conservation longue temprature ambiante et labri de leau : les produits secs contiennent au

maximum 5% deau et leur aw

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IV- Principes gnraux du schage 4.1- Traitement thermique

4.1.1- Principe Les mthodes de schage sont bases sur le phnomne de lvaporation, rgi par la loi de Dalton qui indique que :

S(Pm-p) m = k . P Pour augmenter la vitesse de schage il faut : - augmenter S ( taler, fragmenter les produits), - augmenter la temprature car Pm crot avec celle-ci, - diminuer p (donc liminer la vapeur forme par ventilation), - diminuer P (en faisant un vide partiel).

4.1.2- Diffrents mcanismes de schage thermique Llimination de leau par voie thermique permet dliminer une grande quantit deau du produit. Mais le chauffage ncessaire la vaporisation de leau entrane une grande consommation dnergie et peut tre lorigine de nombreuses altrations.

Schage par bullition Lide la plus simple consiste porter le produit la temprature dbullition de leau, qui alors se vaporise. Lbullition a lieu lorsque la temprature du produit est leve, c'est--dire lorsque la pression de vapeur de ce produit est gale la pression ambiante. Donc la temprature dbullition diminue si la pression diminue.

Apport nergtique ncessaire la vaporisation : Il est ralis par

Rayonnement (transfert dnergie par rayonnement provenant de lampes infrarouges ou de combustion dun gaz) Schage de bonne qualit et rduisant la facture nergtique. les rsistances qui chauffent le pain, la plaque gaz

Convection (contact avec un gaz vecteur chauff) Lair chaud permet un transfert de chaleur et permet llimination de lhumidit (transfert de masse) la chaleur au dessus du grille pain

Conduction (contact avec une paroi chauffe sur lequel repose le produit scher) le pain chaud qui me brle, plaque lectrique

Ondes lectromagntiques (nergie est cre en interne dans le produit soumis laction des micro-ondes)

Schage par entranement Lorsquun produit humide est plac dans un courant dair chaud et sec, il stablit un cart de temprature et de pression partielle tel que :

Le gaz apporte au produit lnergie de vaporisation => rayonnement Leau est vapore sans bullition sous effet du gradient de pression partielle deau (=> convection). La

vapeur deau est entrane par le gaz. Une temprature plus basse de traitement permet une meilleure qualit du produit tout en obtenant une limination pousse de leau.

m =masse deau en g, vapore par unit de temps k = coefficient dpendant du produit sch S = surface dvaporation Pm = tension de vapeur saturante pour la temprature considre p = pression partielle de la vapeur deau au niveau de lair ambiant P = pression ambiante

Cest la partie la plus difficile expliquer il faut revoir les diffrentes notion de pression

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Paramtres influenant le schage : La vitesse de schage dpend de plusieurs paramtres : Comparaison avec un sche-cheveux

De la quantit dnergie fournie en cours de schage, vu que lvaporation de leau est un phnomne endothermique.

Renouvellement de lair la surface du solide De la surface/unit de volume du solide qui doit tre la plus grande possible (intrt de la division

pralable du solide). Vitesse de migration de leau lintrieur du solide vers lextrieur Humidit relative de lair ambiant De la pression (plus elle est basse, plus on peut oprer basse temprature) Vitesse dvaporation de leau au niveau de la surface du solide

4.2- Traitement mcanique Les techniques mcaniques sont des techniques conomes en nergie, respectueuses du produit mais limites (limination de leau libre) et faiblement slective (leau limine contient en solution des substances parfois intressantes). Concentration : limination de leau dun produit liquide pour aboutir un autre produit liquide plus concentr. Schage mcanique dun produit solide humide pour aboutir un produit solide partiellement deshydrat. Opration Technique Mcanisme Application Concentration Centrifugation Sdimentation force Jus de tomate

Egouttage Gravit Fromage moul, caill Pressage Pression Fromage presss Ultrafiltration Tamisage molculaire Concentr de protines laitires (lactosrum)

Blanc duf Schage Essorage centrifuge

Sucrerie Bourdon Tamisage Clermont Aulnat

Cristaux de sucre partir dun sirop satur en sucre

Tableau 1- Techniques mcaniques de dshydratation

4.3- Traitement osmotique 4.3.1- Dshydratation osmotique Exemple : fruits confits, confiture, pate de fruits, charcurerie La dshydratation osmotique consiste immerger les produits vgtaux ou animaux, pars et dcoups, dans des solutions concentres contenant un ou divers soluts (sel, sucre). Ceci conduit une dshydratation rapide du produit, ainsi qu' son imprgnation par les substances contenues dans la solution. Un schage ultrieur lair chaud pourra tre ralis dans des conditions plus douces. Il sera moins coteux puisqu'une prconcentration a eu lieu et, ralis temprature plus basse. Cette technique permet d'obtenir des produits d'excellente qualit (couleur, texture, saveur, aptitude la rhydratation). Cette dshydratation permet une teneur en eau finale plus leve pour une mme activit de l'eau. A l'heure actuelle, les applications se situent essentiellement l'chelle industrielle et reprsentent un march trs important avec les fruits tropicaux semi-confits en provenance de l'Asie du Sud-Est.

4.3.2- Dshydratation friture Le schage friture consiste mettre en contact les aliments gnralement dcoups en morceaux de petites tailles (tranches, lamelles, rpures) avec la matire grasse porte haute temprature (de 120 180C pression atmosphrique). La friture permet, bien entendu, une cuisson de l'aliment, auquel elle confre une texture croustillante ou craquante, une couleur dore ou brune, et un got trs particulier qui font le succs des produits frits dans tous les pays. La friture provoque aussi une dshydratation trs rapide de ce produit. On peut enlever 90 % de l'eau contenue dans le produit en quelques minutes de traitement.

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Le volume d'aliments frits commercialiss ne cesse de s'accrotre : produits de grignotage tels que chips de fruits, lgumes, racines et tubercules (banane et plantain, pomme de terre et patate douce, igname, arracacha...), beignets de viande et de poisson, aliments frits incorpors dans des plats cuisins, frites surgeles, etc... La technique de friture absorbe d'ailleurs l'heure actuelle la majeure partie des huiles consommes dans le monde (palme, coprah, arachide, tournesol...). En outre, la friture peut constituer une alternative intressante pour le schage de produits gras trs difficiles scher par air.

V- Procds de dshydratation thermiques des aliments Le choix de la mthode sera fonction du produit, de sa fluidit, du cot de la matire premire et de la finalit d'utilisation recherche.

5.1- Schage par convection

5.1.1- Procds traditionnels : schage l'air libre Le schage est naturel, dans un endroit bien ar, au soleil ou l'ombre, sur des claies mtalliques, ou par procd mixte naturel et artificiel. Les produits scher sont tals en couches peu paisses sur des claies. Ce procd est long et peut entraner une dgradation et / ou une pollution des produits. Il ne convient pas pour des principes actifs fragiles. Procd traditionnel de schage des fruits entiers ou en tranches. La teneur finale en eau est de 25 % pour les pruneaux. Utilis dans lindustrie pharmaceutique pour le schage des plantes dont les principes actifs ne sont pas fragiles (cas des tisanes et infusions).

5.1.2- Procds industriels Etuves, four air chaud Scheur discontinu par lchage Scheur lit fluidis Cyclones Tambour rotatif Scheur tapis transporteur

5.2- Schage par conduction Tambour rotatif conduction Schoir cylindre ou tambour cailleur

5.3- Schage sous vide Scheur biconique sous vide partiel Armoire de schage sous vide

5.4- Schage par rayonnement infrarouge Ce schage est appliqu dans des tuves ou dans des tunnels que traverse un tapis roulant charg du

produit desscher. Les lampes utilises ont des filaments en tungstne qui ont une longueur donde de 1,2 m avec rflecteur en cuivre pour orienter les rayons dans une mme direction. Cette technique un cot lev mais permet un schage rgulier temprature rglable.

5.5- Schage par hyperfrquence (micro-ondes) Ce type de schage peut tre utilis dans lindustrie pharmaceutique pour permettre une dessiccation en

continu, de granuls ou dextraits vgtaux, mais les appareils employs sont encore trs chers.

Produit en contact avec de lair chaud Le produit peut tre concentr voir sch. Procd continu ou discontinu

Produit en contact avec une surface chaude

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5.6- Dessiccation grce des produits chimiques (dshydratants) Cette technique est souvent ralise sous vide temprature ambiante. Les dshydratants sont des corps chimiques avides deau, ils abaissent la tension de vapeur deau dans lenceinte utilise et favorise la dessiccation. Le plus efficace est lanhydride phosphorique (P2O5), on utilise aussi le gel de silice. Prsents dans les galeries Api ou dans les bouchons de tubes daspirine.

5.7- Lyophilisation La lyophilisation est un procd de conservation par dessiccation sous vide de produits congels obtenue en sublimant la glace sous pression rduite ; il y a passage direct de ltat solide ltat gazeux (=sublimation). Cest un procd de conservation permettant de prserver des denres alimentaires prissables et des substances biologiques et chimiques fragiles. Les produits obtenus

- ont conserv leurs qualits nutritionnelles, leur intgrit physique et chimique, leur architecture cellulaire, leur forme ;

- sont reconstitus par une simple rhydratation rapide grce leur texture poreuse. En effet, la sublimation lente cre une infinit de canaux par lesquels schappe la vapeur deau : il reste une structure poreuse qui occupe le mme volume que la structure initiale (intressant pour les coupes de tissus biologique). Leau peut donc reprendre sa place facilement dans la structure molculaire de laliment.

Lyophilisateur de laboratoire Virtis vue Poitiers chez biocydex

5.7.1- Principe Autour du point triple, leau peut passer facilement dun tat un autre en faisant varier la temprature et la pression. Pendant la lyophilisation, leau passe donc par les changements dtats suivants : Liquide solide vapeur solide Conglation sublimation pigeage - la conglation consiste faire passer le produit en solution de ltat liquide ltat solide. - Lorsquon abaisse la pression dans lenceinte de lappareil, leau solide passe ltat gazeux et slimine progressivement du produit. Cest la sublimation. Lors de cette phase, on limine leau libre, de mouillage. Cest la dessiccation primaire. La dessiccation secondaire permet dliminer leau lie par adsorption la surface des produits lors de la sublimation. Cette eau ne reprsente que 5%, mais la dessiccation demande un vide plus pouss. - Les molcules deau (sous forme de gaz) limines du produit sont piges sur une surface refroidie. Elles se transforment en glace. Cest le pigeage.

5.7.2- Le cycle de lyophilisation 5.7.2.1- Pr-traitement

Dans la mesure o la lyophilisation est une opration trs coteuse, il importe de rduire au maximum la dure du schage. Pour un produit liquide, il y a donc intrt effectuer une prconcentration. Un extrait de caf ou de jus de fruit subira une cryoconcentration. Dans le cas dun produit solide, on peut rduire la dure du schage en le divisant, le fractionnant (dcoupage, rpage, broyage, etc.) de manire augmenter les surfaces de transfert.

5.7.2.2- Conglation La conglation constitue ltape critique, elle conditionne laspect final du produit : la qualit dun lyophilisat est de se dissoudre trs facilement, ceci nest possible que si, lors de la conglation, les cristaux forms sont fins

Liquide Solide

Vapeur

Temprature

Pression

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et nombreux. Donc une conglation rapide par contact avec des tagres o circule un fluide frigorigne ou par brassage dair froid.

5.7.2.3- Mise sous vide 5.7.2.4- Sublimation ou dessiccation primaire

Elimination de leau libre. Il faut donc liminer les molcules deau au fur et mesure de leur formation par pompage (pigeage) sur une surface refroidie de temprature infrieure celle du produit.

La sublimation est influence par : - lpaisseur de la couche de produit, - la pression de la chambre de schage, Loptimum physique de pression peut tre diffrent de loptimum conomique. - la porosit du produit : la vapeur deau diffuse plus facilement si le produit est poreux donc la lyophilisation

sera plus rapide.

5.7.2.5- Dsorption ou dessiccation secondaire Au cours de la sublimation, le front de sublimation de leau libre progresse du haut vers le bas. Les molcules deau qui schappent traversent donc une couche de produit dj sec, sur laquelle certaines molcules vont sadsorber. Il faut donc liminer cette eau lie. Cest ce moment quon ralise une dessiccation secondaire qui consiste soumettre le produit une temprature plus leve (entre 20C et 60C) et une pression la plus basse possible, pour arracher les molcules deau adsorbes. Malgr ce vide trs pouss et des tempratures leves, les armes, molcules volatiles, ne sont pas limines car lhumidit basse du produit limite la diffusion des molcules. La dure de la dsorption est proportionnelle au carr de lpaisseur du produit dou lintrt de la division des produits solides en prtraitement.

5.7.2.6- Cassage du vide Ralis par un gaz neutre tel que le diazote ou le dioxyde de carbone, gaz neutre ceci vite une oxydation du produit.

5.7.2.7- Conditionnement Il peut seffectuer aprs un broyage pour rduire la taille du produit.

5.7.3- Appareillage voir doc

5.7.4- Contrle Points particulirement important et rgul :

- Aprs conglation, il convient de vrifier que tout le produit est bien gel avant de lancer le processus de mise sous vide,

- La dessiccation primaire ou sublimation ncessite une rgulation prcise de la temprature et de la pression.

Chauffe progressive de faon obtenir une monte lente en temprature pourne pas endommager le produit.

vide constant et stable pendant toute ltape. - Dessiccation secondaire seffectue que si toute leau libre a bien t limine.

5.7.4- Applications La lyophilisation est un procd marginal dans les industries alimentaires : caf en poudre lyophilis, schage de certains champignons, de petits lgumes ou de soupes plats pour cosmonautes, pour randonneur et pour sous mariniers donc des produits haute valeur ajoute. La lyophilisation est la mthode standard de conservation des micro-organismes des lignes cellulaires, enzymes, anticorps etc pour une longue priode.

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Cest aussi une technique utilise en biochimie et en pharmaceutique, les protines tant souvent peu stables en solution aqueuse (une prparation de protines correctement lyophilise est un matriel trs lger qui se dissout quasi-instantanment dans leau ou dans un tampon). Pharmaceutique : lyocs.

Avantages : 1- Le produit conserve sa structure 2- Conservation plusieurs annes sous vide et dans un emballage opaque sans perte de vitamines, sans

modification des caractristiques organoleptiques. (valeur nutritive pratiquement identique au produit frais la conglation.

3- Conservation temprature ambiante 4- Rhydratation instantane avec de leau froide ou chaude grce la structure poreuse 5- Encombrement minimal

Inconvnients : 1- Mthode trs couteuse : lachat du matriel et lors de son utilisation car forte consommation dnergie

et dure dimmobilisation longue un lyophilisateur de 15 m3 ne sublime que 50 kg deau par heure. Soit un cycle de 20 72 h donc un procd lent seffectuant en discontinu dans une enceinte close (type tunnel ou tuve).

2- Emballage doit tre tanche car le produit capte facilement lhumidit. 3- Procd applicable uniquement pour des aliments en poudre ou den petit morceaux car sinon la

consommation dnergie est trop importante.

5.8- Atomisation nbulisation Cette technique appele aussi pulvrisation, nbulisation ou encore spray drying remonte au dbut du 20me sicle : en 1901, on fabriquait du lait en poudre et des dtergent par ce procd. A partir des annes 1930, la gamme des produits atomiss slargit avec notamment, lapparition de cafs solubles et des ovoproduits en poudre. Le produit sch par atomisation est compos de cnosphres, petites billes creuses, prsentant un orifice par lequel sest chappe la vapeur deau. Atomisateur de labo buchi vue chez biocydex Poitiers en doc

Opration de dshydratation obtenue par nbulisation (projection dun produit liquide en fines gouttelettes) dans un courant dair chaud et sec. Termes synonymes : nbulisation, schage par dispersion, pulvrisation, Spray-drying.

5.8.1- Principe et dfinition Le principe de cette technique consiste pulvriser le produit ncessairement pompable (liquide, solution, suspension), en fines gouttelettes de manire former une sorte de brouillard. Celui-ci est ds sa formation en contact avec un courant dair chaud (200 300C). Lvaporation est alors immdiate et transforme les gouttelettes liquides en particule solide. Fonctionne en continu.

5.8.1.1- Effet de la pulvrisation Soit 1 litre de liquide : Quelle est laire dune sphre de 1 litre de volume ? Quelle est laire de x gouttelettes de 100 m de diamtre correspondant un volume total de 1 litre ? Volume dune sphre = 4xpixr3/3 Aire dune sphre = 4xpixr2 Pour la sphre de 1 litre = 0,001 m3 = 4xpixr3/3 donc r = 0,062 m

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Soit une aire de 4xpix0,0622 = 0,048 m2 Pour les gouttelettes de 100m de diamtre : volume = 4xpix(50x10-6)3 /3 = 5,24x10-13 m3 Soit pour 1 litre 0,001 m3/ 5,24x10-13 m3 = 1909859317 gouttelettes Aire de ces 1909859317 gouttelettes de 50 m de rayon = 1909859317 x 4xpix(50x10-6)2 = 60 m2.

Avec des gouttes de 1mm on obtient 6 m2.

Conclusion : la pulvrisation augment fortement (facteur 1250 fois) laire de transfert de chaleur donc llimination de leau.

5.8.1.2- Circulation co-courant ou contre courant

Le traitement co-courant semble le plus favorable en IAA.

5.8.1.3- Paramtres de fonctionnement Les paramtres que contrle loprateur sont la temprature dentre de lair, le dbit dalimentation du produit et son extrait sec. Ces facteurs dentre influencent lhumidit de la poudre obtenue, ainsi que la temprature de sortie de lair us. 5.8.2- Appareillage Un atomiseur est constitu de 5 lments essentiels :

- un organe de pulvrisation : Soit une turbine centrifuge (7000 40000 rpm) projetant par effet centrifuge le produit dans la direction horizontale sous forme dun nuage de fine gouttelettes. Soit une buse ou la taille des gouttes donc la granulomtrie de la poudre dpend de la pression (30 200 bars taille infrieure 500 m). - un dispositif de chauffage de lair : soit un chauffage direct au butane, soit un chauffage par des rsistances lectriques soit un chauffage au fuel dun fluide caloporteur

- une chambre de schage cylindroconique, Si lorgane de pulvrisation est une turbine, alors la chambre sera aussi haute que large, Si lorgane de pulvrisation est une buse, alors la chambre sera plus haute que large,

- un systme de ventilation assurant lcoulement de lair et le transport de la poudre, - des cyclones de sparation air-poudre pour rcuprer la poudre (=fines) entraine dans lair.

Contre courant = mme direction sens inverse

Meilleur transfert de chaleur et dhumidit mais un produit altr par la forte chaleur de lair chaud

Air trs chaud et sec

Produit sec mais fragile

Contre Cocourant = mme direction mme sens

Air chaud et sec

Produit froid et humide

Il faut beaucoup dair pour dshydrater tout le produit. Procd au rendement mdiocre

Air moins chaud

et humide

Produit sec et

vulnrable

Lair se refroidit et shumidifie

Le produit se dshydrate et schauffe

Produit froid et humide

Air + chaud et - humide

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5.8.3- Intrt du schage par atomisation Le schage par atomisation est intressant pour les bioproduits contenant des substances thermosensibles Industries agroalimentaire Court bouillon Maggi de nestl 0 811 800 234 Nescaf 0 810 63 37 47 Caf Maxwell 0 810 172 172

- Le schage par atomisation est trs utilis dans les IAA particulirement pour le lait et ses drivs, pour le caf et le th, pour les armes, pour les ufs et drivs, etc....

- schage de 75 tonnes heure de produit - humidit initiale 54% humidit finale 4% - temprature dentre dair 200C pour les produits laitiers, 300C pour les extraits de cafs, - traitement de 9 millions de litre de lait par jour dans des laiteries en Nouvelle Zlande

Industries pharmaceutiques : composants sanguins produit non altr par le procd Industrie chimique : dtergents

Avantages Inconvnients - prserve mieux que les schages classiques

leur composition chimique et donc leurs proprits nutritionnelles et organoleptiques

- Par rapport la lyophilisation, l'atomisation est un procd beaucoup moins coteux; il permet par ailleurs un fonctionnement en continu

- procd relativement coteux en nergie

- Par rapport la lyophilisation (paragraphe 4 suivant), l'atomisation est un procd un peu plus altrant

D'autre part, les poudres obtenues par atomisation possdent des proprits spcifiques trs remarquables, en particulier concernant leur prsentation...

-sur le plan microscopique, les poudres sont composes de microbilles quasi-sphriques et plus ou moins creuses et poreuses. -les proprits intrinsques en sont les suivantes :

- homognit des grains = courbe granulomtrique trs resserre - coulabilit exceptionnelle de la poudre - produit peu poussireux.

-en consquence, les caractristiques de la poudre sont trs favorables pour la mise en forme du produit final : dispersibilit, solubilit, densit, agglomrabilit, etc...

VI- Contrles dun procd de schage Le nombre de paramtres physiques matriser est important : pression, temprature, temps, vitesse de rotation des tambours. Un pilotage informatique est en gnral utilis.

Le produit fini est contrl selon les paramtres suivants : rhydratation du produit non altration des produits biologiques dintrt : vitamines, PA taux dhumidit rsiduelle par plusieurs mthodes :

Mthode par perte la dessiccation ou mthode gravimtrique : pese du produit avant et aprs sjour dans une tuve 103+-2C. Mthode par entranement au xylne ou mthode volumtrique : mesure du volume deau entran par distillation au xylne en prsence du produit. Mthode de microdosage de leau ou mthode chimique laide du ractif pyridine iodo-sulfureux de Karl-Fischer.

Le choix de la mthode dpend de la fragilit de laliment, de la quantit deau prsente et de la taille de lchantillon.

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Bilan de schage Sur une installation de schage, il est possible de faire des bilans matire et des bilans nergtiques. Ces bilans sont intressants pour calculer la consommation nergtique massique, qui reprsente le rapport de la dpense nergtique la masse deau vapore. Ce paramtre permet de raliser des comparaisons entre schoirs.

Les bilans scrivent sur la base de dbit constant dair sec et de matire sche. Leau que perd le produit est gagne par lair.

Application une installation de concentration du lait (cf TD).

Selon les bioproduits, et selon les procds utiliss, les effets du schage sont variables : 1-Pour un mdicament, il peut s'en suivre une perte de l'efficacit du principe actif... 2-Pour les produits alimentaires, des modifications des qualits organoleptiques se produisent (certaines sont souhaitables, d'autres sont indsirables) et on observe habituellement une diminution des qualits nutritionnelles (perte en vitamines, lysine et AG essentiels).

Les procds de schage dont les plus efficaces sont brutaux (schages sur cylindre chauffants) doivent tre judicieusement choisis pour chaque type de bioproduit. Ils sont plutt utiliss en IAA et pour des aliments peu fragiles (fruits schs, flocons de pomme de terre, crales); pour les produits plus sensibles et lorsque cela est possible, on leur prfre le procd d'atomisation (fabrication de lait en poudre). Ils sont galement peu utiliss en Industrie pharmaceutique o on va leur prfrer des procds de dshydratation plus onreux mais moins altrants telle que la lyophilisation.

Les procds de schage doivent tre utiliss avec discernement

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VII- Utilisation des produits dshydrats en collectivit Les tableaux suivants montrent l'intrt des produits dshydrats. Les pures de pommes de terre, de lgumes, les potages, les pices sont choisis dans la gamme dshydrate (que certains voudraient appeler VIme gamme : gamme collectivit. Produits lyophiliss). Poids net sec quivalent poids frais chalotes en morceaux Champignons mincs Oignons en morceaux Champignons entiers Oignons en tranches

Estragon (feuilles) Ail en morceaux

Ciboulette Persil

350 g 125 g 300 g 150 g 150 g 10 g

180 g 90 g

120 g

2450 g 1750 g 2100 g 2100 g 1050 g 60 g 100 g 900 g

1200 g

Tableau 4- Aromates utiliss en cuisine

d'assemblage (collectivit)

Epinards flocons

Haricots Jardinires 5 lgumes

Poireaux

Eau de rhydratation pour 1 kg de lgumes dshydrats

15 litres 15 litres 15 litres 15 litres

Temps de cuisson 3 5 minutes sans trempage

20 minutes sans trempage

20 minutes 15 minutes sans trempage pralable

Quantit de lgumes dshydrats (par ration)

15 g 15 g 15 g 5 g pour potage 10 g pour lgumes poireaux/pommes de terre

quivalence lgumes frais pour 1 kg de lgumes

15 kg 11 kg 12 kg 15 kg

Tableau 5 - Utilisation et valeur des lgumes dshydrats (Source: Ancel)

VIII- Consommation des produits dshydrats Le dveloppement a t rapide entre 1960 et 1970 en liaison avec l'apparition de nouvelles techniques de schage : l'atomisation, la lyophilisation ; la progression est faible depuis 1980. Les mthodes actuellement utilises sont fonction de leur cot et de la matire premire traite : aptitude au schage, prix d'achat, prix de vente acceptable. La consommation nergtique compare permet de classer les cots de production des diffrentes techniques de dshydratation.

limination d 'une mme quantit deau par Cot de production relatif Pression

vaporation par compression mcanique des vapeurs (ou osmose inverse) vaporation multiples effets et thermocompression

Schage Lyophilisation

1 10 100 1000 10000

Tableau 6 - Consommation nergtique compare des techniques de dshydratation (Source APRlA)

La lyophilisation est un procd de dshydratation performant. Ce procd est trs onreux par sa mise en oeuvre et les frais de conditionnement du produit. Ce qui explique que soient essentiellement achets en France des produits lyophiliss raliss partir des matires premires coteuses et de consommation habituelle rduite : champignon, herbes aromatiques, caf. . . Les autres procds de dshydratation, amliors par une diminution de la temprature utilise, sous vide, permettent dobtenir des lgumes dshydrats ne pesant plus que le 1/8 ou le 1/10 de leur poids initial, au volume rduit, emballs sous plastique tanche. Toute la gamme des lgumes utiliss couramment est disponible. Les produits dshydrats sont indispensables lors d'explorations, voyages dans l'espace, etc. Les plats cuisins

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lyophiliss ou dshydrats sont particulirement utiles dans ces conditions de vie particulires.

En 1994, la production franaise de produits dshydrats et lyophiliss tait de 74 740 tonnes : 10 % tant reprsents par les oignons et 77 % par les pommes de terre. La production de produits appertiss 2429000 tonnes. (Source CIDIL).

Contrles La loi fixe la teneur limite en eau de certains aliments.

Bibliographie Gnie des procds alimentaires Jean Jacques Bimbenet, Albert Duquenoy, Gilles Trystram, Dunod

Gnie industriel alimentaire Pierre Mafart Tec et Doc

Aliments et Boissons Technologie et aspects rglementaires Elisabeth Vierling CRDP

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Teneur en eau totale

0 0,5 1 Aw

Figure 2 : relation Aw teneur en eau 2 tempratures diffrentes.

0C 50C

50

Figure 3 : isotherme de sorption de leau : phnomne dhystrsis

Aw

Teneur en eau totale

Fig. 4 - Vitesse des diffrents phnomnes

d'volution dans les produits

alimentaires en fonction de

l'activit de l'eau (d'aprs LABUZA

1975)

Figure 1 : les diffrents tats de leau en fonction de la temprature et de la pression

Produit

Eau pure

Pression en vapeur deau

P

P

=

T

T

Scheur discontinu par lchage

Scheur lit fluidis

Le produit scher est amen en continu et transport en couches minces sur un tapis roulant. ExLair chaud passe travers le produit traiter.

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Procd de schage par convection Cyclone

Ces schoirs appels tuves, reoivent sur des plateaux, un chargement de produits scher. Ce sont des enceintes fermes, de tailles variables, o lair est chauff, brass et limin lorsquil est charg en humidit. A : ventilateur B : gaine daspiration C : arotherme D : claie fond plein E : produit scher F : gaine de soufflage G : chemine dextraction des gaz

A : sole de fluidisation B : hotte dextraction C batterie de chauffe D : ventilateur de soufflage E : volet de rpartition des gaz chauds F : cyclone de rcupration des fines G : ventilateur dextraction

Le produit scher est amen en continu et transport en couches minces sur un tapis roulant. Ex : schage de la glatine. Lair chaud passe travers le produit traiter.

Cyclone

Tambour rotatif

Scheur tapis transporteur

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Procds de schage par convection

Daprs techniques de lingnieur, article J 2482

Les substances desscher sont amenes en continu et transportes, en couches minces, sur un tapis roulant. En sens inverse un flux dair chaud assure une dessiccation rgulire et progressive. Ces schoirs permettent davoir un bon rendement et sont intressants en milieu industriel en particulier.

Utilisation : - Schage de la fve de cacao, - Schage de ptes alimentaires - Schage de la pulpe de

betterave

Procds de schage par conductionTambour rotatif conduction

Schoir cylindre ou tambour cailleur

Daprs techniques de lingnieur, article J 2482Pharmacie galnique, A. Le Hir,Masson, 2001

Ces appareils sont constitus dun ou plusieurs rouleaux dans un liquide desscher. Ils sont chauffs intrieurement des tempratures rglables (= chaleur transmise par conduction au produit). La rotation entrane, par adhrence, un film de liquide qui se dessche au cours du cycle. Le film sec est dcroch du tambour laide dun couteau racleur, puis, le plus souvent, rduit en poudre par broyage. Cette technique est utilise pour lobtention de lait en poudre, pure de pomme de terre, farines, aliments infantiles prcuits, flocons de fruits elgumes, aliments pour animaux (mais prserve moins qualits organoleptiques). 18

Procds de schage par conduction

Schoir cylindre ou tambour cailleur

Daprs techniques de lingnieur, article J 2482 Pharmacie galnique, A. Le Hir,Masson, 2001

Procds de schage sous videScheur biconique sous vide partiel

Armoire de schage sous vide

Ces appareils sont constitus dun ou plusieurs rouleaux qui trempent dans un liquide desscher. Ils sont chauffs intrieurement des tempratures rglables (= chaleur transmise par conduction au produit). La rotation entrane, par adhrence, un film de liquide qui se dessche au

est dcroch du tambour laide dun couteau racleur, puis, le plus souvent, rduit en poudre par broyage. Cette technique est utilise pour lobtention de lait en poudre, pure de pomme de terre, farines, aliments infantiles prcuits, flocons de fruits et de lgumes, aliments pour animaux (mais prserve moins qualits

La paroi du cylindre est chauffe extrieurement et la face interne du cylindre assure par conduction la transmission de la chaleur au produit humide. Un courant dair permet lextraction de la vapeur deau.

Procds de schage sous vide Scheur biconique sous vide partiel

s vide

Sous pression rduite, on abaisse le point dbullition dun liquide, la chaleur latente de vaporisation est donc rduite ce qui permet une conomie de calories. Trs utilis en pharmacie pour les produits qui saltrent la chaleur.

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Evolution de la temprature et de la pression au cours du cycle de lyophilisation (1) zone de surfusion des produits (2) refroidissement des produits lors de la mise sous vide (lvaporation dbute, la sublimation commence par utiliser lnergie du produit lui-mme) (3) phase de sublimation (la temprature du pige remonte car mme si la puissance frigorifique du pige est maximale, la condensation de la vapeur deau ncessite de lnergie) La sublimation est un phnomne endothermique. Il faut fournir de lnergie au produit pour compenser lnergie absorbe par la sublimation. Cest pour cela que la temprature de ltagre remonte. Mais il ne faut pas trop chauffer car il faut que le produit reste congel. Le rglage du chauffage est un point trs dlicat du procd. (4) la temprature des produits augmente rapidement car tous les cristaux de glace ont disparus (cest le dcrochage) (5) dessiccation secondaire (temprature la plus leve possible, pression basse).

Cuve avec porte tanche qui doit rsister de fortes variations de temprature et de pression.

Etagres en acier inoxydable qui supportent le produit et qui refroidissent ou chauffe le produit traiter par lintermdiaire dun fluide frigorigne ou caloporteur. Etagres mobiles en vertical pour fermer les flacons.

Pige vapeur ou condenseur en forme de serpentin dans lequel circule un fluide frigorigne ou de lazote liquide.

produit lyophiliser

vide

Schma gnral dun lyophilisateur A : conglation / sublimation B : condenseur

- 40C - 50C

Gro

upe

frigorign

e

12 m de long, 3 m de diamtre ; porte 6 cm dpaisseur

Systmes de dispersion

Appareillage

Daprs techniques de lingnieur, article J 2482Pharmacie galnique, A. Le Hir,Masson, 2001

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Nbulisation/Dispersion

Daprs techniques de lingnieur, article J 2482 acie galnique, A. Le Hir,Masson, 2001

A pompe dalimentation du liquide G chambre de schageB atomiseur (turbine ou pulvrisateur) H prise dextraction de lair humideC ventilateur dentre dair I cyclone de D rchauffeur dair J dispositif dextraction du produit secE conduite dair chaud K ventilateur dextraction de lair humideF diffuseur dair L chemine dvacuation des gaz

G chambre de schage H prise dextraction de lair humide I cyclone de dpoussirage J dispositif dextraction du produit sec K ventilateur dextraction de lair humide L chemine dvacuation des gaz

Du point de vue technologique, on distingue :-l'vaporateur simple effet

-l'vaporateur multiple effet : dans ce cas, la vapeur secondaire d'un premier lment est rutilise en tant que vapeur primaire de chauffe pour un second lment

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Du point de vue technologique, on distingue :

: dans ce cas, la vapeur secondaire d'un premier lment est rutilise en tant que vapeur primaire de chauffe pour un second lment (double effet) et ainsi de suite (multiple effet)

Il s'agit d'un changeur de chaleur qui comprend : -un corps de chauffe (changeur de chaleur)-un sparateur qui spare la vapeur secondaire et le

liquide concentr (concentrais). Le produit liquide concentrer est chauff avant d'entrer dans l'vaporateur. Dans l'vapovide), la chaleur latente de la vapeur de chauffe (primaire) vaporise l'eau du produit. Un sparateur (cyclone) spare la vapeur d'eau forme (vapeur secondproduit liquide concentr. La vapeur primaire en fournissant son nergie thermique s'est condensevacue ces condensats de vapeurLs vaporateurs sont utiliss pour :

-effectuer des concentrations de sirops, de jus de fruits, de lait, de lactosrum,-raliser des prconcentrations :(lait en poudre), avant cristallisation (sucre).

: dans ce cas, la vapeur secondaire d'un premier lment est rutilise en et ainsi de suite (multiple effet).

Il s'agit d'un changeur de chaleur qui comprend : un corps de chauffe (changeur de chaleur) un sparateur qui spare la vapeur secondaire et le

de concentrer est chauff avant d'entrer dans l'vaporateur. Dans l'vaporateur (qui peut tre sous vide), la chaleur latente de la vapeur de chauffe (vapeur

orise l'eau du produit. Un sparateur (cyclone) spare la vapeur d'eau forme (vapeur secondaire) du produit liquide concentr. La vapeur primaire en fournissant son nergie thermique s'est condense ; on

s de vapeur primaire par un purgeur. Ls vaporateurs sont utiliss pour :

effectuer des concentrations de sirops, de jus de fruits, de lait, de lactosrum, raliser des prconcentrations : .avant schage

avant cristallisation (sucre).

Fruits et lgumes

ufs

Viandes

Fromages

Pain

Salaisons

Confitures

Fruits secs

Miel

Lait en poudre

Sucre

Teneuren eau %

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

22

Teneur en eau %

Activit de leau

aw

La plupart des bactries Gram moins

La plupart des bacilles Gram positif

La plupart des coques et Bacillus

Staphylococcus

Halobacterium, Actinospora

1

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

100

Zone de croissance des bactries

Relation entre la teneur en de leau pour diffrents aliments.Zone de croissance de micofonction de law.

bactries Gram moins

La plupart des bacilles

Bacillus

Basidiomyctes

Basidiomyctes

Saccharomyces rouxii (dans le sel)

Penicillium

Aspergillus

Saccharomyces rouxii ( dans le sucre)

Xeromyces bisporus

Zone de croissance des myctes

Zone de croissance

Relation entre la teneur en eau et lactivit de leau pour diffrents aliments. Zone de croissance de mico-organismes en

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1- Triage de la matire premire, pelage & lavage A leur arrive, les pommes de terre Bintje sont soumises un contrle rigoureux au niveau de leur matire sche et des sucres rducteurs. Ensuite elles sont laves grandes eaux, pires et pluches la vapeur. Le tri manuel qui suit est repris comme point critique pour carter tout risque de prsence de corps tranger ou de pomme de terre endommage.

2- Blanchiment Le blanchiment des pommes de terre coupes est effectu dans un bain deau chaude avec injection de vapeur. Il vise :

La dsactivation enzymatique et lextraction des sucres rducteurs.

La modification de la structure par glification partielle de lamidon.

4- Cuisson Aprs les phases de blanchiment et de refroidissement, les pommes de terre coupes sont transportes hydrauliquement et cuites la vapeur avant de passer dans un presse pure. On y incorpore alors les additifs destins amliorer la couleur, la stabilit et la conservation.

3- Refroidissement Le refroidissement est effectu dans un bain deau froide et a pour but la rtrogradation de lamidon visant amliorer la structure.

5- Dshydratation La pure obtenue est distribue par vis sur des cylindres scheurs chroms traverss par de la vapeur. Elle y est dshydrate et successivement tires en vue dobtenir une mince pellicule homogne de bonne densit. Les impurets qui prsentent la particularit de ne pas adhrer au tambour sont limines par un systme de vis sans fin. La maitrise de la vitesse des cylindres et de la pression de la vapeur est la garantie dun flocon dexception.

6- Dchiquetage Le film de pomme de terre dshydrat rcupr sur le tambour scheur est ensuite dchiquet et floconn de manire obtenir le produit fini sous forme de flocon.

Il subit ensuite un contrle visuel par camra optique en vue dliminer les derniers dfauts. Il peut tre ensuite broy pour obtenir du micro-flocon. De nombreuses varits de

Les contrles de qualit stricts effectus tout au long du processus de fabrication garantissent lobtention dun produit fini dexception. Grce une riche exprience, Lutosa est galement mme doffrir ces clients des flocons la carte en adaptant ses recettes existantes en fonction de lutilisation finale (pure instantane, fabrication de ptes, biscuiterie, snacks, ) ou en dveloppant des recettes spcifiques (flocons au lait, fromages, beurre, pices).

7- Stockage Lentreposage des flocons sur palette se fait dans des entrepts adapts, temprature ambiante. La dure de conservation est de 12 mois.

Contrle de lhumidit effectu chaque heure

Suivi microbiologique toutes les 8 heures

Suivi de la coloration des diffrentes formulations chaque heure

Afin de garantir la qualit suprieure de nos flocons, ceux-ci sont contrls tout au long de leur fabrication par notre service qualit. Lutosa dispose dun laboratoire accrdit conformment la norme EN 45001. Une garantie supplmentaire de qualit. Les flocons y sont tudis sous leurs aspects physico-chimiques (couleur, granulomtrie, densit, humidit sucres rducteurs, additifs) et microbiologiques (flore totale, coliformes, levures moisissures staphylocoque dor et B. cereus).

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Tableau : limites approximatives les plus faibles de aw pour la croissance microbienne

Activit de leau Environnement Bactries Myctes Algues 1 = eau pure Sang, viande, fruits

lgumes, eau de mer La plupart des bactries Gram moins non halophiles

0,95 Pain La plupart des bacilles Gram positif

Basidiomyctes La plupart des algues

0,90 Jambon Fusarium, Mucor, Rhizopus Levures

0,85 Salami Staphylococcus Saccharomyces rouxii (dans le sel)

0,80 Confitures Penicillium 0,75 Lacs sals

Poissons sals Halobacterium Actinospora

Aspergillus Dunaliella

0,70 Crales, sucreries, fruits schs

Saccharomyces rouxii ( dans le sucre)

0,60 Chocolat, Miel, lait en poudre

Xeromyces bisporus

0,55 ADN dnatur

Exercice Comparaison systmes de schage

Schage classique

Caractristiques Lyophilisation Trs accessible Accessibilit Peu accessible

Peu coteux Cots Trs coteux

Moyenne Efficacit Bonne Jusqu' quelques

mois Dure de

conservation Jusqu' quelques

annes Change souvent de couleur, de texture

et de got Aspect du produit

final Trs prs de

l'aliment frais

Prends plusieurs minutes, dans une

eau trs chaude Temps de

rhydratation Quelques minutes,

mme dans une eau froide

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