Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Dans de nombreuses opérations de séchage de milieux poreux (produits biologiques), la structure naturelle, rendue encore plus compacte par le retrait, est caractérisée par une très faible diffusibilité de l'eau au sein de la matière. La diffusion peut ainsi être le processus limitant. L'amélioration de ces procédés à travers la texturation spécifique, c'est-à-dire l'expansion volumique par Détente Instantanée Contrôlée (DIC), permet d'assurer une intensification de l'opération. La dernière étape, dite "paradoxale", nécessite quant à elle, une Déshydratation par Détentes Successives (DDS), vapeur surchauffée ou chauffage par micro-ondes.
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In many porous media drying operations of organic products, except freeze-drying, the natural structure, made even more compact by the removal of water, is characterized by a very low diffusivity of water in the matter. Diffusion becomes thus the limiting process. The improvement of these processes through specific texturing, that is to say, volume expansion by instant controlled pressure drops (DIC), ensures an intensification of the operation. The final stage, called "paradoxical", in turn requires dehydration by successive pressure drops (DDS), superheated steam or microwave heating.
Auteur(s)
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Karim ALLAF : Professeur – Animateur de l'équipe de recherche « Intensification des transferts en Éco-Procédés Industriels » Université de La Rochelle – Laboratoire des Sciences de l'ingénieur pour l'Environnement (LaSIE FRE 3474 CNRS)
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Sabah MOUNIR : Docteur – Membre de l'équipe de recherche « Intensification des transferts en Éco-Procédés Industriels » Université de La Rochelle – Laboratoire des sciences de l'ingénieur pour l'environnement (LaSIE FRE 3474 CNRS)
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Tamara ALLAF : Doctorante – Chercheure à la société « ABCAR-DIC Process »
INTRODUCTION
Les fruits et les légumes, les céréales et les graines, les plantes et les algues, les champignons et les racines, les ingrédients et les épices... destinés à la consommation alimentaire, pharmaceutique ou cosmétique, nécessitent souvent, avant d'être utilisés, une opération de préservation permettant leur stockage, leur transport, et facilitant leur transformation. Pourtant, la production agricole à travers le monde récuse des pertes de plus de 40 %, principalement en raison de l'absence d'opérations de conservation pertinentes capables de prendre en compte les exigences propres des produits et la situation spécifique de l'infrastructure des zones de production. Ainsi, bien que simples, les opérations de congélation et d'appertisation sont difficilement accessibles aux agriculteurs, péniblement applicables dans la zone de récolte, et économiquement pénalisantes en termes de transport.
En revanche, le séchage traditionnel par air chaud se distingue par la facilité de son application, son adéquation à de nombreux produits, et la possibilité de son utilisation directe par l'agriculteur à proximité de la zone de production. Le séchage solaire offre, en plus, l'avantage d'une réduction considérable du coût énergétique normalement élevé. Cependant, la faible qualité organoleptique et nutritionnelle, les problèmes hygiéniques et les difficultés de transformation ultérieure (broyage, réhydratation...) empêchent l'adoption appropriée de ce procédé et du produit fini.
D'autres procédés de séchage (lyophilisation, vapeur surchauffée, micro-ondes, etc.) ont visé l'amélioration de la qualité, sans pour autant pouvoir répondre aux besoins d'une parfaite décontamination microbiologique et d'un faible coût final.
La faible qualité des produits séchés par air chaud est souvent liée à la faible vitesse de séchage en raison d'une texture devenue encore plus compacte du fait du phénomène de retrait. En effet, tant que la transition vitreuse du produit n'a pas encore eu lieu, le corps, perdant de l'eau, s'affaisse sous l'action de son propre poids.
Des opérations de texturation ont alors été proposées pour intensifier le séchage classique, et améliorer la qualité du produit séché. Le « Swell-drying » a ainsi été défini en tant qu'un couplage du séchage par air chaud à la texturation par Détente Instantanée Contrôlée (DIC). La DIC permet de traiter une large gamme de produits, malgré leur éventuelle fragilité thermique, améliorant considérablement la vitesse de séchage et la qualité du produit. Ainsi, le produit fini a un contenu en vitamines supérieur aux produits séchés classiquement, sans pour autant atteindre le niveau du produit lyophilisé. Cependant, la DIC permet une préservation de la couleur, une disponibilité des flavonoïdes, et une activité antioxydante souvent considérablement plus élevées que la matière première. En plus, la DIC assure, à travers une grande décontamination microbiologique et une complète désinsectisation, une durée de vie nettement plus importante.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
transition vitreuse DIC(détente instantanée contrôlée) diffusion texturation étape paradoxale Séchage cinétique
KEYWORDS
transition glass | DIC (Instant Controlled pressure Drop) | diffusion | texturation | paradoxical stage | Drying | kinetics
DOI (Digital Object Identifier)
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Intensification de séchage – Application
En anglais
3. Analyse cinétique
Dans le cas de nombreux matériaux hygroscopiques poreux, minéraux, alimentaires ou biologiques, l'analyse classique de la cinétique de séchage à partir des diverses périodes identifiées selon la vitesse (constante, décroissante...) ne peut que, très partiellement, refléter les étapes et phénomènes physiques de séchage.
Souvent, la diffusion interne de l'eau au sein du matériau poreux est considérée comme le processus essentiel limitant et, donc, traduisant l'opération de séchage.
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Cependant, cette hypothèse ne doit être adoptée qu'après avoir pu s'assurer au préalable que :
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les transferts externes ne soient nullement des processus limitants ; il faut ainsi avoir un flux d'air à vitesse élevée, à faible humidité et à température assez élevée, pour que ces transferts soient de cinétique nettement supérieure à celle des processus internes ;
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la température de l'air ne soit pas trop élevée, au risque d'induire une grande dégradation thermique de la surface d'échange, et surtout d'aboutir à une diminution drastique de l'activité de l'eau à la surface ;
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la diffusivité thermique (par conduction effective) au sein de la matière soit nettement plus grande que la diffusivité de l'eau liquide au sein du milieu poreux que représente la plante.
Nota :l'intervention presque systématique du phénomène de retrait, implique, à partir d'un certain moment, un niveau de compacité renforcée et, donc, une diffusivité encore plus faible, rendant ainsi souvent, à partir de cette nouvelle situation, plus clair le phénomène limitant de la diffusion.
Le modèle diffusionnel ne peut donc être adopté qu'après vérification stricte de ces conditions. Cela, afin de pouvoir considérer la diffusion de l'eau au sein du matériau poreux comme processus limitant. Pourtant, la modélisation, ainsi déduite de la cinétique de séchage à travers l'analyse et l'étude des courbes de séchage, ne peut concerner que la phase durant laquelle le transfert diffusionnel de l'eau liquide au sein du matériau poreux est largement prépondérant.
Il en résulte la nécessité d'exclure l'étape de démarrage (à temps t voisin de zéro), au cours de laquelle c'est l'eau superficielle...
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Analyse cinétique
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BONAZZI (C.), BIMBENET (J.J.) - Séchage des produits alimentaires. - In : Principes, p. 1-14, Paris (2003).
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(2) - ZOGZAS (N.P.), MAROULIS (Z.B.), MARINOS-KOURIS (D.) - Densities, shrinkage and porosity of some vegetables during air drying. - In p. 1653-1666 (1994).
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(3) - ZOGZAS (N.P.), MAROULIS (Z.B.) - Effective moisture diffusivity estimation from drying data. - In : A Comparison between Various Methods of Analysis, p. 1543-1573 (1996).
-
(4) - AL HADDAD (M.), S (M.), V (S.), K (A.) - Fruits and vegetables drying combining hot air, DIC technology and microwaves. - International Journal of Food Engineering, 4 (2008).
-
(5) - ALLAF (K.) - Transfer phenomena and industrial applications. - In : Lebanese University Faculty of Science, Beirut (1982).
-
(6) - CRANK (J.) - The mathematics of diffusion - ...
ANNEXES
• ABCAR DIC Process http://www.abcar-dic.com
• Université de La Rochelle – Environnement numérique http://www.univ-lr.fr/lasie
• SwellDried, la pureté du fruit et du légume http://www.swelldried.com
HAUT DE PAGE
• Journées Aliments et Santé, rendez-vous bisannuel international des professionnels de la nutrition-santé http://www.aliments-sante.fr
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ALLAF (K.), LOUKA (N.), BOUVIER (J.M.), PARENT (F.) et FORGET (M.). – Procédé de traitement de produits végétaux en vue de la modification de leur texture, installation pour la mise en œuvre d'un tel procédé et produits ainsi réalisés (Method...
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