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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE KASDI MERBAH - OUARGLA Faculté des Sciences et des Sciences de l’Ingénieur Département de l’agronomie Niveau : 4eme année technologie alimentaire Exposé sur : La Lyophilisation Présenté par : Dirigé par : -Khamed Oussama - Chouana Toufik 2012/2013 2 SOMMAIRE SOMMAIRE INTRODUCTION : ................................................................ 3 INTERET DE CETTE TECHNIQUE : ............................................ 4 LE PROCEDE DE LA LYOPHILISATION : ..................................... 4 LYOPHILISATEUR : .............................................................. 7 LES PRINCIPAUX COMPOSANTS : ........................................... 7 SUIVRE L’EVOLUTION DU SECHAGE : ...................................... 8 ALIMENTS LYOPHILISES : .................................................... 10 DUREE DE CONSERVATION ET REHYDRATATION : .................... 10 AVANTAGES ET LES INCONVENIENTS DE LA LYOPHILISATION : .. 10 CONCLUSION : ................................................................. 12 3 INTRODUCTION : La lyophilisation est une méthode de conservation des aliments. Selon certaines sources, les Indiens des Andes auraient été les premiers à utiliser un procédé semblable à celui qui est connu aujourd’hui. Ces Indiens produisaient plusieurs variétés de pommes de terre et ils les conservaient en les immergeant dans l’eau glacée puis en les laissant se déshydrater grâce à l’altitude et au soleil. Effectivement, à une altitude élevée, la pression partielle de la vapeur d’eau est très faible, car l’air est très sec et très froid. L’eau s’évapore donc à plus basse température qu’à une altitude normale. Le froid intense congèle donc les aliments en surface puis le soleil chaud provoque le séchage. Ils avaient donc une lyophilisation de surface. Ce serait, en quelque sorte, la méthode rudimentaire de la lyophilisation. Le procédé industriel que nous utilisons aujourd’hui était autrefois appelé cryodessiccation en raison de la phase initiale de congélation. Le terme dessiccation signifie qu’on dessèche le produit et cryo signifie « froid » en grec. La cryodessiccation a été inventée en 1904 pas des physiciens français. Ce n’est qu’en 1943 que le professeur Alexander Fleming proposa le terme lyophilisation, qui vient des termes luen ou solvant et philen ou ami, en grec. L’industrie alimentaire et l’industrie pharmaceutique sont les principaux utilisateurs de la lyophilisation. 4 INTÉRÊT DE CETTE TECHNIQUE : La lyophilisation comporte de nombreux avantages par rapport aux autres procédés de séchage ou de conservation. Elle permet de conserver une grande partie des qualités organoleptiques des aliments étant donné que ceux-ci demeurent à une température sous le point de congélation durant la sublimation. L'utilisation de la lyophilisation est particulièrement importante dans le cas des bactéries lactiques puisqu’elles sont très sensibles à la chaleur. Les aliments lyophilisés en général ne nécessitent pas de réfrigération pour se conserver. Les coûts d’entreposage et de transport sont ainsi réduits de façon appréciable. La lyophilisation entraîne une diminution importante du poids ce qui facilite grandement le transport des aliments lyophilisés. Par exemple, plusieurs aliments contiennent jusqu’à 90% d’eau. Ils seront donc 10 fois plus léger après lyophilisation. La plupart des aliments lyophilisés se réhydratent très rapidement grâce à leur texture poreuse. En effet, la lyophilisation n’entraîne pas de diminution de volume appréciable. L’eau peut donc reprendre sa place facilement dans la structure moléculaire de l’aliment LE PROCÉDÉ DE LA LYOPHILISATION : La lyophilisation, aussi appelée séchage à froid, est un procédé qui consiste à retirer l’eau d’un aliment afin de le rendre stable à la température ambiante et de faciliter sa conservation. On peut décomposer la lyophilisation en trois étapes principales : 1. CONGÉLATION 2. DESSICATION PRIMAIRE OU SUBLIMATION 3. DESSICATION SECONDAIRE OU SÉCHAGE FINAL Il faut toutefois noter qu’il y a parfois une étape préliminaire à la lyophilisation, soit la réduction en poudre ou purée des aliments et des médicaments. Comme vous le constaterez dans les prochaines pages, la lyophilisation est très coûteuse. De plus, il existe un principe de base qui dit que plus le rapport surface/volume est grand, plus un produit chauffera et séchera plus efficacement. En réduisant le produit en purée ou en poudre et en le plaçant en couche mince sur une plaque, le temps de séchage est réduit, diminuant simultanément le coût d’énergie relié au séchage. On peut cependant lyophiliser des fruits ou des légumes en petits morceaux ou en tranches. 5 1. CONGÉLATION La première étape consiste à congeler les aliments pour que l’eau qu’ils contiennent soit transformée en glace. La température doit rester plus basse que - 20 °C tout au long du processus de lyophilisation. 2. DESSICATION PRIMAIRE OU SUBLIMATION L’étape suivante permet la sublimation de la glace. La sublimation est un principe physique simple. C’est le passage d’une substance de l’état solide à l’état gazeux directement. On dessèche donc l’aliment ou le produit en le mettant sous vide : la glace devient de la vapeur et elle est récupérée. Le diagramme de phase de l’eau représente la phase de l’eau selon la température et la pression telle qu’exprimée par la figure suivante. Au point eutectique (point triple), il y a équilibre entre les trois phases. C’est le point III, en vert foncé. Le diagramme est un peu plus complexe que ce que l’on explique. Il s’agit de se représenter la zone en vert foncé par un point pour mieux le comparer au diagramme suivant qui montre les étapes de la lyophilisation. 3. DESSICATION SECONDAIRE OU SÉCHAGE FINAL Cette dernière étape débute lorsque toute la glace est sublimée. Les aliments sont alors séchés. La température s’élève spontanément une fois que toute l’eau a été sublimée. Une température variant entre 20 et 70 °C pendant deux à six heures permet d’amener une humidité résiduelle entre 2 et 8 %. 6 LE PROCESSUS DE LYOPHILISATION : La lyophilisation consiste à évacuer l’humidité contenue dans les matériaux gelés par sublimation (c.-à-d. que la glace qui s’y trouve est transformée directement en vapeur d’eau – elle ne fond pas pour ensuite évaporer). En général, l’opération s’effectue dans un lyophilisateur et la vitesse de séchage varie selon la température et la pression. Ainsi, tout lyophilisateur permet normalement de régler la température, la pression, ou les deux. Le séchage par lyophilisation est un procédé de conservation-restauration de grande valeur, car le rétrécissement, la déformation et l’affaissement qu’il entraîne sont moindres que lorsque les objets sont séchés à l’air. De plus, si l’on maintient la température de l’objet bien au-dessous de 0° C pendant tout le processus, on peut réduire davantage les risques de dommages liés au séchage. Cependant, la baisse de température occasionne une diminution de la pression de vapeur de la glace (voir Tableau ), ce qui réduit sa capacité de sublimation et ralentit donc le processus de lyophilisation. La lyophilisation sous vide permet de contourner ce problème en utilisant une pompe à vide pour extraire l’air et la vapeur d’eau de l’enceinte, abaissant ainsi la pression de l’air . Quand la pression dans l’enceinte se rapproche de la pression de vapeur de la glace, la sublimation augmente et le séchage commence. La vitesse de séchage est directement tributaire de l’écart entre la pression du système et la pression de vapeur de la glace. À mesure que la pression de l’enceinte baisse, la vitesse de séchage augmente. Toutefois, si la pression de l’enceinte est trop faible, il n’y a pas de transfert de chaleur à l’objet par convection, la température de l’objet chute et le séchage est interrompu. Au cours du processus de lyophilisation, la vapeur d’eau qui se sublime de l’objet forme de la glace sur les parois froides du condenseur. Cette glace doit être enlevée périodiquement pendant la lyophilisation en dégivrant le condenseur. 7 LYOPHILISATEUR : On peut trouver des lyophilisateurs sur le marché qui conviennent à la restauration. Leur taille varie, passant des petites unités pour comptoir aux grandes installations avec enceinte pouvant contenir plusieurs mètres cubes de matériaux. Un lyophilisateur typique compte quatre principaux composants : une pompe à vide, une enceinte réfrigérée, un condenseur et un panneau de commande (voir Figure ). LES PRINCIPAUX COMPOSANTS : LA pompe À VIDE : La pompe à vide extrait l’air et la vapeur d’eau de l’enceinte. Sa plus importante caractéristique est donc le degré de vide qu’elle peut créer, plus particulièrement aux basses températures, où la pression de vapeur de la glace décroît. Le débit (nombre de litres d’air et de vapeur d’eau extraits par minute) est également très important, car il permet de régler la vitesse de l’extraction. Les pompes à vide modernes (à entraînement direct ou à palettes rotatives) sont préférables aux anciennes pompes à piston, car elles sont moins sensibles à l’eau. Le besoin d’extraire l’eau qui s’accumule dans l’huile de la pompe est ainsi réduit, avantage non négligeable lorsqu’il faut extraire de grandes quantités d’eau d’un matériau gelé. (Pour extraire l’humidité, il faut ouvrir un robinet de ballast à gaz sur le dessus de la pompe, ce qui fait augmenter sa température de fonctionnement et ralentit donc le séchage.) 8 L’enceinte réfrigérée : C’est dans l’enceinte réfrigérée que l’on place l’objet à sécher. Ainsi, la taille de l’enceinte détermine les objets qui peuvent y être traités. Les petites enceintes sont moins coûteuses que les grandes, autant à l’achat qu’à l’entretien. Pour traiter des objets de grande taille, on peut agrandir une petite uploads/Industriel/ lyophilisation-expose.pdf