Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
Auteur(s)
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Michèle MARIN : Professeur à l’Institut national agronomique Paris-Grignon (INA PG)
-
Frédéric RENÉ : Responsable du service Innovation technologique et process du groupe DANONE
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Lire l’articleINTRODUCTION
La lyophilisation, appelée autrefois cryodessication, est une opération de déshydratation à basse température qui consiste à éliminer par sublimation, la majeure partie de l’eau contenue dans un produit. Elle autorise une conservation à long terme grâce à l’abaissement de l’activité de l’eau du produit.
En raison de ses particularités, la lyophilisation occupe cependant une place originale au regard des techniques de séchage. Elle permet d’obtenir des produits finaux de haute qualité. La forme et l’aspect des produits sont bien conservés, leur qualité aromatique est bien supérieure à celle des produits séchés. La transition du produit de l’état congelé à l’état déshydraté, en l’absence d’une forte proportion d’eau liquide, réduit les possibilités de développement des réactions d’altération. Un autre avantage technologique majeur de la lyophilisation repose sur la capacité du produit lyophilisé à se réhydrater instantanément.
Le développement de la lyophilisation dans les industries agroalimentaires est, en revanche, limité par son coût et demeure bien inférieur à celui du séchage. La faible productivité en lyophilisation est due au mode de fonctionnement sous vide, le plus souvent discontinu, qui se traduit par des durées de traitement importantes (d’une dizaine d’heures à plusieurs jours). Les frais d’investissement et de fonctionnement sont également élevés (consommation énergétique de 1 500 à 2 500 kWh par tonne d’eau à éliminer).
En conséquence, la lyophilisation ne s’applique que pour des produits ayant une forte valeur ajoutée. Dans les industries alimentaires, on peut citer le café, les herbes et aromates, des plats cuisinés, ou encore les ingrédients (légumes, fruits, produits de la mer...) pour les soupes déshydratées instantanées, les préparations culinaires et les céréales pour petits déjeuners notamment. Les secteurs des industries pharmaceutiques (vaccins, sérum, médicaments) et des bio-industries (levains) sont beaucoup plus fortement concernés par le procédé de lyophilisation qui seul leur permet d’obtenir la propriété la plus caractéristique de la technique, à savoir la conservation d’un principe actif (activité biologique et/ou médicamenteuse) dans un produit qui sera stocké à température proche de l’ambiante.
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Conduite du procédé de lyophilisation
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3. Cinétiques de déshydratation
À l’instar des procédés de séchage, la lyophilisation est caractérisée par le couplage des transferts de chaleur et de matière, avec un changement d’état. La sublimation dans les produits alimentaires est couramment représentée par un front (de sublimation) qui se déplace de la surface libre du produit (soumise au vide) vers le cœur de l’échantillon (zone congelée). La matière sèche, répartie après congélation en un réseau interstitiel plus ou moins dispersé selon la taille des cristaux de glace, forme une couche superficielle poreuse contenant tout ou partie de l’eau non cristallisée.
La cinétique de lyophilisation sera illustrée dans le cas d’un transfert monodirectionnel au sein d’une plaque plane de surface A et d’épaisseur e. La position du front de sublimation est repérée par la distance x à partir de la surface supérieure du produit (figure 5).
3.1 Transferts de chaleur
3.1.1 À l’intérieur du produit
Les transferts de chaleur internes s’effectuent essentiellement par conduction.
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Au sein de la couche sèche
Les transferts thermiques par convection (faible pression) et par rayonnement (faible température) demeurent négligeables au regard du transfert de chaleur par conduction au sein de la couche sèche. Le flux de chaleur traversant la couche sèche peut être décrit simplement par la loi de Fourier :
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Le front de sublimation est à la température T f à une distance x de la face supérieure. La conductivité thermique λ s dépend non seulement du milieu poreux (nature de la matière sèche, porosité) mais également du gaz occupant les pores (pression totale). Elle est caractéristique d’un milieu isolant. Elle varie fortement en fonction de la nature des produits (de 0,01 à 0,08 W · m−1 · K−1) [5]...
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Cinétiques de déshydratation
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SIMATOS (D.), BLOND (G.), DAUVOIS (Ph.) - La lyophilisation : principe et applications - . 467 p., 1974, Collection de ANRT, Paris.
-
(2) - Le LOCH-BONAZZI (C.) - Amélioration de la lyophilisation sous vide et analyse de la qualité des produits - . 149 p., 1992, Thèse de Doctorat, Institut National Agronomique Paris-Grignon, France.
-
(3) - VAROQUAUX (P.) - Recents developments in the processing of fruits and vegelables in France - (Progrès récents dans les procédés appliqués à la transformation des fruits et légumes en France). The European Food and Drink Review, The quaterly review of food and drink technology, 1993, 33-37.
-
(4) - GIBERT (H.) - Procédé perfectionné de lyophilisation d'un produit préalablement congelé - . Brevets ANVAR BF no 76 39864 du 31 déc. 1976 et US Patent 4 175 334 du 27 nov. 1979.
-
(5) - LIAPIS (A.I.) - Freeze-Drying - (Lyophilisation). 1987. Dans « Handbook of Industrial Drying ». Mujumdar A.S. Eds, Marcel Dekker, New...
1 Constructeurs (liste non exhaustive)
FTS Systems Inc. (USA) : http://www.ftssystems.com
S.G.D. Division Serail (France)
Usifroid (France) : http://www.usifroid.com
Virtis Company (USA) : http:// www.virtis.com
Zedrys SARL (France)
HAUT DE PAGE2 Transformateurs européens de produits alimentaires
Européenne de Lyophilisation S.A. (Belgique)
Lyophal (France) : https://www.synerlab.com/en/production-sites-synerlab-group/lyofal/
Nestlé (France)
SPAB (France) : www.spab.fr
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