Bibliographie & annexes
Présentation
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Auteur(s)
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Michèle MARIN : Professeur à l’Institut national agronomique Paris-Grignon (INA PG)
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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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Cinétiques de déshydratation
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2. Techniques industrielles et en développement
Plusieurs technologies peuvent être mises en œuvre pour réaliser une lyophilisation. La sublimation peut être conduite soit par abaissement de la pression totale (lyophilisation sous vide), soit par abaissement de la pression de vapeur d’eau au voisinage direct du produit (lyophilisation avec adsorbants à pression atmosphérique). Le mode de récupération de la vapeur d’eau extraite est alors différent selon les cas. Il existe également plusieurs techniques industrielles proposées pour assurer l’apport de chaleur nécessaire à la déshydratation.
2.1 Lyophilisation sous vide
Un lyophilisateur comprend classiquement trois éléments : une source chauffante, un piège de récupération de la vapeur d’eau et une pompe à vide. D’une manière générale, le produit à lyophiliser est disposé dans des plateaux. Les plateaux sont introduits dans la chambre de lyophilisation sur des rails superposés. Deux méthodes sont couramment utilisées pour assurer les échanges de chaleur :
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le refroidissement (congélation) et le chauffage (déshydratation) se font par contact avec des plaques sur lesquelles sont déposés les plateaux. Au sein de chaque plaque support circule un fluide calo-porteur qui est successivement refroidi (congélation) puis chauffé (déshydratation) (figure 2) ;
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le refroidissement se fait par convection forcée d’air froid et le chauffage est assuré par rayonnement à partir de plaques chauffantes intercalées entre les plateaux. L’air froid est produit par passage au contact des pièges froids, grâce à des ventilateurs (figure 3).
Une fois terminée l’étape de congélation, à l’extérieur ou à l’intérieur de l’enceinte de lyophilisation, la pompe à vide est mise en route pour extraire les gaz incondensables. La pompe à vide permet l’abaissement de la pression totale dans la chambre de lyophilisation puis son maintien, pendant toute la déshydratation, à des valeurs compatibles avec les conditions de sublimation. Pendant la phase de sublimation, il y a apport de chaleur au produit (par conduction ou rayonnement), en évitant la fusion (température au-dessous du point triple), voire en cherchant à se situer également au-dessous de la température de transition vitreuse du produit ...
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Techniques industrielles et en développement
BIBLIOGRAPHIE
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(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 York.
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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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