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Projet de recherche: Rapport final EXTRACTION DU SUCRE DE BETTERAVE Par: Alfa A

Projet de recherche: Rapport final EXTRACTION DU SUCRE DE BETTERAVE Par: Alfa ARZATE Saint-Norbert d’Arthabaska, 27 Octobre 2005 Siège Social 3600, boul Casavant Ouest Sain-Hyacinthe, Québec J2S 8E3 Téléphone : 450.773.1105 Télécopieur : 450.773.8461 Station Expérimentale 142, Rang Lainesse Saint-Norbert, Québec G0P 1B0 Téléphone : 819.369 4002 Télécopieur : 819.369.9589 Centre de recherche, de développement et de transfert technologique en acériculture (Le Centre ACER Inc.) Page i TABLE DES MATIÈRES Table des matières ……………………………………………………………….………...……… Liste des tableaux…………………………………………………………..………..…..…….…… Liste des figures………………………………………………………………….…...…..………… INTRODUCTION…………………………………………………………………..…….….……… L'HISTORIQUE DU SUCRE DE BETTERAVE…….…………………………………..……..… LA BETTERAVE SUCRIÈRE………………………………………………….……...…………… LES OPÉRATIONS PRÉLIMINAIRES À L'EXTRACTION………………………….…..……… LE PROCÉDÉ D'EXTRACTION……………………………….…………….…..………...……… LES PARAMÈTRES DE CONTRÔLE DU PROCÉDÉ…………………………..………..….… SURVOL DE LA RECHERCHE DANS LE DOMAINE…………………..….….………….…… GLOSSAIRE………………………………………………………….…….…….………….……… BIBLIOGRAPHIE………………………………………………………………….………………… RÉFÉRENCES ÉLECTRONIQUES.……………………………………………………………… i ii iii 1 3 6 9 11 31 33 35 37 40 Centre de recherche, de développement et de transfert technologique en acériculture (Le Centre ACER Inc.) Page ii LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Composition moyenne de la betterave sucrière (Pennington et Baker, 1990)…………………………………………………………………………….. 7 Tableau 2 : Teneur en sucre des produits obtenus à partir de la betterave sucrière (Pennington et Baker, 1990)……………………………………………...…... 8 Tableau 3 : Principaux paramètres du préchaulage et du chaulage (McGinnis, 1951). 23 Tableau 4 : Valeurs de la pression de vapeur utilisées dans l’atelier d’évaporation (McGinnis, 1951)…………………………………………………………….…. 27 Tableau 5 : Composition du sucre blanc [7]…………….………………………………… 29 Tableau 6 : Composition de la vergeoise brune [7]……………….……………………… 30 Centre de recherche, de développement et de transfert technologique en acériculture (Le Centre ACER Inc.) Page iii LISTE DES FIGURES Figure 1: Betterave sucrière (« Beta vulgaris ») : a) racine, b) sillon saccharifère, c) collet et d) feuilles [4]……………………………………………………….. 6 Figure 2 : Approvisionnement des betteraves (copyrigh@alcosuisse)………………. 9 Figure 3 : Schéma de procédé pour l’extraction du sucre de betterave……………... 12 Figure 4 : Cossettes [5]……………………………………………………………………. 11 Figure 5 : Diffuseur horizontal à tube tournant [6]……………………………………… 15 Figure 6 : Installation pour l’épuration du jus de betterave [7]………………………… 22 Figure 7 : Filtre à tambour rotatif [6]……………………………………………………… 24 Figure 8 : Évaporateur [7]…………………………………………………………………. 26 Figure 9 : Chaudière à cuire [6]…………………………………………………………... 27 Centre de recherche, de développement et de transfert technologique en acériculture (Le Centre ACER Inc.) Page 1 INTRODUCTION La betterave sucrière (« Beta vulgaris ») est un légume-racine bisannuel principalement cultivé dans les climats tempérés de l’Amérique du Nord, de l’Asie et de l’Europe. Au XVIIIième siècle, la betterave sucrière a été adoptée en remplacement de la canne à sucre. En effet, elle contient jusqu’à 16 % de saccharose dans ses racines blanches, dont 80 % peut être extrait par un processus industriel. Dès la fin du XVIième siècle, Olivier de Serres remarqua la forte teneur en sucre de la betterave, puis un siècle et demi plus tard, Andreas Marggraf étudia les possibilités d’extraction. Grâce aux efforts d’Achard, élève de Marggraf, la première sucrerie a ouvert ses portes en 1803 en Europe. La conjugaison du lancement de cette première sucrerie et du Blocus continental sur le sucre de canne instauré par Napoléon 1er va entraîner l’explosion de la production de sucre de betterave en Europe. De cette façon, du sucre était produit en utilisant une plante cultivée sur place. La véritable industrie de sucre de betterave naît quand Delessert, raffineur à Passy, parvient à fabriquer le premier pain de sucre de façon contrôlée. Le sucre emmagasiné dans la racine de la betterave est extrait en isolant le saccharose des autres composants de la plante. Étape par étape, les composants non-sucrés sont éliminés : lavage et découpage des betteraves en petits morceaux; extraction, épuration et évaporation du jus de betterave; cristallisation du jus concentré, malaxage et essorage du sucre. Le cœur du procédé d’extraction du sucre est l’évaporation. Celle-ci fait le lien entre la concentration du jus à faible teneur en sucre et la cristallisation du sirop à une teneur en sucre élevée. L’industrie du sucre de betterave est généralement considérée comme un secteur mûr reposant sur les principes de base développés au XIXième siècle. Cette industrie a récemment éprouvé une quantité remarquable de changements, y compris des développements technologiques. L’économie d’énergie a toujours été un point clé dans l’avancement de la technologie. De plus, l’effet des opérations dans la sucrerie sur l’environnement a certainement influencé l’utilisation de nouvelles et diverses technologies. La réduction du volume d’eaux usées, la conversion du procédé à temps différé vers un procédé en continu et l’accroissement de l’extraction de saccharose sont à la base de ces changements technologiques. Centre de recherche, de développement et de transfert technologique en acériculture (Le Centre ACER Inc.) Page 2 Le procédé d’extraction du sucre de betterave est traditionnellement vu comme une tâche lourde qui demande beaucoup d’énergie et qui présente des risques environnementaux. En même temps, l’industrie en général est perçue comme étant conservatrice par rapport au développement technologique. Le développement et l’échange de technologie avec d’autres industries a cependant permis d’importer de nouveaux procédés et méthodes afin d’optimiser le procédé et d’atteindre une qualité supérieure du produit final. Dans cette revue de littérature, un bref historique du sucre de betterave est présenté. Puis, les opérations préliminaires à l’extraction sont décrites, ainsi que chacune des opérations du procédé d’extraction. Les paramètres de contrôle du procédé et un survol de la recherche dans le domaine sont aussi abordés. Ce document a été rédigé dans le but de présenter le procédé de base de l’extraction du sucre à partir de la betterave, ainsi que les axes de recherche dans le secteur. L’information présentée dans ce document a été principalement tirée d’ouvrages de référence de McGinnis (1951) et de Pennington et Baker (1990). De plus, plusieurs documents ont été repérés et cités seulement à titre d’exemple afin d’introduire les récents axes de recherche dans le domaine. Centre de recherche, de développement et de transfert technologique en acériculture (Le Centre ACER Inc.) Page 3 HISTORIQUE DU SUCRE DE BETTERAVE Au XVIIième siècle, lorsque Olivier de Serres a écrit dans son livre intitulé Le théâtre d’agriculture et mesnage des champs : « La racine de la betterave, lorsque broyée, produit un jus semblable au sirop de sucre, tellement beau à voir pour sa vermeille couleur » présentait le premier indice montrant que le jus de betterave contenait du sucre. Un siècle et demi plus tard, en 1747, Andreas Marggraf apporte la première preuve véritable au sujet du sucre contenu dans la betterave. Il parvient à extraire le sucre à partir des tranches minces de betterave, en utilisant l’alcool et en favorisant la cristallisation dans une fiole au repos où les cristaux sont récupérés après plusieurs semaines. Marggraf montre ainsi que la betterave sucrière contient du sucre véritable, parfaitement identique à celui que l’on connaît de la canne à sucre. Il évaluait à 5 % le taux de sucre contenu dans la betterave. Aucune utilisation n’a été faite de cette découverte jusqu’en 1799 quand Franz Karl Achard, élève de Marggraf, entreprend un projet expérimental pour la culture de la betterave et la production de sucre. En 1802, Achard met cette découverte au profit de l’Académie prussienne. Son initiative débouche sur la mise en fonctionnement, à Kürnen-sur-Oder en Silésie en 1803, de la première fabrique de sucre de betterave au monde. La production artisanale permet de traiter 70 kg de betteraves par jour et d’obtenir ainsi 1,36 kg de sucre par chaque 45,35 kg de betterave. Malgré la faible efficacité du procédé et les pertes de sucre élevées, les usines fonctionnaient à plein régime grâce au prix élevé du sucre de canne régnant à ce moment-là. L’Institut français, intéressé à cette application, évalue la faisabilité du projet et en conclut que la fabrication de sucre à échelle commerciale est tout à fait possible. Deux petites sucreries sont mises en fonctionnement dans la région parisienne. Le succès atteint par ces sucreries fut de courte durée. Faute de connaissances techniques suffisantes de la part de leurs fondateurs, elles durent fermer. Les Français perdent ainsi l’intérêt sur cette exploitation et consacrent leur attention à l’obtention de sucre à partir du raisin. La vraie poussée pour le développement à grande échelle de l’industrie du sucre de betterave est venue avec les guerres napoléoniennes et le blocus continental en 1806. Puisque le seul sucre disponible pour la majorité des pays européens venait des plantations de canne des Centre de recherche, de développement et de transfert technologique en acériculture (Le Centre ACER Inc.) Page 4 colonies tropicales, lors de la fermeture des ports d’Europe, un sérieux manque de sucre s’est produit donnant lieu à une nouvelle opportunité pour le sucre de betterave. Le succès obtenu par Benjamin Delessert, qui de sa propre initiative construit une petite usine à sucre de betterave à Passy, fait revivre l’intérêt des Français pour le sucre de betterave. En effet, en 1811, Delessert réussit à produire des cristaux de sucre de bonne qualité. Dans la même année, pour compenser la pénurie de sucre de canne, Napoléon signe un décret afin de céder 70 000 acres de terre pour la culture de la betterave et la construction de six stations expérimentales pour la production de sucre. uploads/Finance/ extraction-du-sucre-de-betterave.pdf