Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Les produits alimentaires liquides ou pâteux sont souvent des « dispersions », c'est-à-dire des produits composés d'une ou plusieurs phases dispersées (phases dites discontinues) au sein d'une phase dispersante (phase dite continue). L'homogénéisation à haute pression, qui consiste à projeter un produit liquide ou pâteux sous forte pression (30 à 1 000 bar), permet de stabiliser le résultat de la dispersion afin de limiter le phénomène de séparation. L'article présente en détail les principes de cette méthode, ainsi que les éléments constitutifs d'un homogénéisateur. D'autres aspects, comme les incidences du traitement sur la qualité du produit ou les technologies alternatives sont également abordés.
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Sébastien ROUSTEL : Ingénieur du Génie Rural, des Eaux et de la Forêt – Ministère de l'agriculture
INTRODUCTION
Présentée pour la première fois en 1900 à l'exposition Universelle de Paris par Auguste Gaulin, l'homogénéisation à haute pression était alors décrite comme une opération permettant de « fixer la composition des liquides », avec des applications notamment dans le secteur de l'industrie laitière. La machine était alors centrée autour d'un clapet de détente fabriqué en agate où le produit était laminé sous une pression de l'ordre de 100 bar. L'homogénéisation à haute pression permet entre autres, par la réduction de la taille des éléments dispersés de réduire le phénomène de crémage mais aussi, selon les conditions opératoires, de limiter le phénomène de coalescence.
Depuis, l'opération d'homogénéisation est devenue une étape de process très fréquente dans le secteur des produits liquides ou pâteux alimentaires. Sa principale fonction est de participer à la stabilisation des émulsions grasses afin de limiter le phénomène de séparation. Elle permet en effet d'obtenir de faibles granulométries au sein d'une émulsion ou d'une dispersion de solides dans une phase liquide.
Actuellement, il se vend environ 50 homogénéisateurs à haute pression en France par an pour le marché local et l'implantation à l'export par des assembleurs. Les secteurs applicatifs sont approximativement :
-
applications laitières : 15 ;
-
autres applications alimentaires : 15 ;
-
applications cosmétiques : 5 ;
-
applications pharmaceutiques : 5 ;
-
applications biotechnologiques : 5 ;
-
applications dans le secteur de la chimie : 5.
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Étude d'applications
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4. Éléments constitutifs d'un homogénéisateur à haute pression
Les homogénéisateurs à haute pression sont équipés de plusieurs parties dont une pompe à piston à haute pression et une ou plusieurs têtes d'homogénéisation (figure 9).
4.1 Pompe haute pression
Elle permet de pressuriser le produit. La pression nécessaire est déterminée par la contrainte appliquée sur le siège par le clapet d'homogénéisation. Les pistons sont généralement refroidis avec de l'eau ou des condensats de vapeur si une prévention des contaminations microbiennes est recherchée dans le cas des process aseptiques.
La ligne d'alimentation entre la pompe d'alimentation et la pompe haute pression doit être directe, si possible sans courbure et de taille égale ou supérieure à celle de la pompe à pistons, sans variations de section, pour limiter les pertes de charge. Il est toujours conseillé d'installer, en aval de cette pompe à pistons, une soupape de sécurité afin de protéger l'installation des éventuelles surpressions.
Sur la pompe haute pression, on trouve des clapets de pompe. Les caractéristiques du produit comme la viscosité, le taux de concentration, les différences de densité entre les phases dispersées et la phase dispersante et leur caractère abrasif, déterminent le matériau et la forme des clapets de pompe. Les clapets standards sont des soupapes peu bruyantes pour les produits peu visqueux et les billes résistantes sont employées pour les produits visqueux (figure 10).
HAUT DE PAGE4.2 Tête d'homogénéisation
Les têtes d'homogénéisation (le siège, le clapet et l'anneau de choc) sont composées de pièces conçues spécialement pour les hautes pressions et éventuellement pour résister à la corrosivité et l'abrasion des produits : carbure, céramique… La plus simple tête d'homogénéisation est composée d'un orifice radial entre un siège annulaire et un clapet maintenu sous une pression hydraulique ou mécanique (figure 11). Cette géométrie simple est normalement utilisée sur les équipements à un seul effet. Le clapet de type champignon (figure 12),...
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Éléments constitutifs d'un homogénéisateur à haute pression
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DE ROECK (A.), SILA (D.N.), DUVETTER (T.), VAN LOEY (A.), HENDRICKX (M.) - Effect of high pressure/high temperature processing on cell wall pectic substances in relation to firmness of carrot tissue. - Fodd Chem., 107, p. 1225-1235 (2008).
-
(2) - GEKKO (K.) - Effects of pressure on the sol-gel transition of food macromolecules. - Dans High Pressure and Biotechnology, INSERM/John Libbey Eurotexte Ltd., 224, p. 105-114, (1992).
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(3) - GRAVLUND (K.) - Homogenization. - North European Dairy Journal, no 9/84, p. 212-220.
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(4) - HARTMANN (M.), SOMMER (K.) - A new chamber for the in situ observation of size, shape and structure of microscopic particles, cell materials and microorganisms under high pressure. - Conférence présentée à ICEF 9, Montpellier (2004).
-
(5) - KOLAKOWSKI (P.), DUMAY (E.), CHEFTEL (J.C.) - Effects of high pressure and low temperature on β-lactoglobuline unfolding and aggregation. - Food hydrocolloids, 15, p. 215-232 (2001).
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• Alfa Laval (BERTOLI)
• APV (RANNIE)
• GEA – SOAVI
• TETRA PAK
• BOSCH (Licence GAULIN avec essentiellement du service après vente sur base installée)
• FBF (Italie). Comme Bertoli société créée par des transfuges de SOAVI (pas d'usinage uniquement assemblage de composants)
HAUT DE PAGE
• Tetra Pak, Dairy Processing Handbook
• Documentation technique d'Alfa Laval
• Documentation technique d'APV : Homogénéisateurs APV Gaulin
• Documentation technique GEA
• Documentation technique Fryma
• Documentation technique Pierre Guérin
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