Faisant partie des innovations marquantes de ces dernières années, la cuisson-extrusion est une technologie largement utilisée dans le secteur de l’industrie agroalimentaire.
Étant un procédé multifonctionnel, il peut mettre en œuvre de nombreuses opérations : transport de matière, mélange, compression, malaxage, réaction chimique, chauffage, refroidissement, cuisson, mise en forme…Aujourd’hui, les applications alimentaires de ce procédé sont nombreuses et concernent presque toutes les branches. Cependant, le choix du type du cuiseur-extrudeur constitue l’étape déterminante pour élaborer un produit répondant à des exigences spécifiques de forme, de composition et de qualité alimentaire.
L’extrusion est une opération unitaire qui consiste à forcer un produit à travers un orifice de petite dimension, appelé filière. La pression mise en œuvre lors de cette opération est générée par une vis d’Archimède ou par deux vis dans le cas de l’extrudeur bivis. Cette transformation permet d’élaborer des produits ayant des structures physiques, des compositions et des propriétés fonctionnelles différentes. Dans le domaine de l’extrusion, et selon les étapes en amont ou en aval de l’opération, plusieurs techniques peuvent être utilisées, à savoir l’extrusion simple, la cuisson-extrusion et la cuisson-extrusion-expansion.
Dans l’industrie agroalimentaire, la cuisson-extrusion est la technique la plus utilisée. En effet, elle donne lieu à une multitude d’applications dans des domaines très variés. (Voir tableau 1).
Tableau 1 : exemples d’applications agroalimentaires de la cuisson-extrusion
Secteur agroalimentaire |
produit |
Alimentation animale |
Aliments pour animaux, en général de type granulé… Aliment poisson, crevette… |
Boulangerie-biscuiterie |
Pain plat, Biscuit coextrudé… |
Confiserie |
Chocolat, Réglisse, Bonbon mou, Chewing-gum… |
Préparations de pâte |
Quenelle, Pâte à choux…
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Produits à base de protéines |
Protéine végétale texturée, Viande restructurée… |
Produits laitiers |
Caséinates, Fromage fondu… |
Amidon modifié |
Amidon fluidifié, Amidon réticulé… |
Cette opération continue consiste à faire subir à des matières premières ou à un mélange de matières premières, hydratées ou non, un traitement mécanique et un traitement thermique simultanés, durant un temps très court.Le premier traitement est un cisaillement combiné à une compression (jusqu’à 300 bar). Le deuxième est soit un chauffage, avec cuisson, soit un refroidissement, soit une combinaison des deux.
Deux types de cuiseurs-extrudeurs
Les extrudeurs monovis, les premiers à être développés, fonctionnent selon le principe suivant : introduit au niveau de la zone d’alimentation, le produit se déplace le long d’un système vis-fourreau. Ce déplacement dépend des conditions de frottement de la matière dans l’ensemble vis-fourreau. Le produit est, alors, soumis à un échauffement par friction contre la paroi, à tel point qu’un refroidissement extérieur du fourreau est nécessaire pour éviter de dégrader les éléments nutritifs du produit.
Généralement, on observe pour ce type d’extrudeur un reflux du produit vers la zone d’alimentation. Afin de limiter ce phénomène, un taux d’humidité d’environ 20 % est nécessaire. Ce phénomène prolonge le temps de séjour du produit dans l’appareil et peut avoir une influence négative sur sa qualité. Pour cette raison, en plus de leur faible coût, les extrudeurs monovis sont utilisés dans les domaines de l’alimentation animale et des produits à moindre valeur ajoutée.
L’extrudeur bivis, qui s’est développé ultérieurement, présente plusieurs avantages :
Les extrudeurs bivis les plus utilisés dans l’industrie agroalimentaire sont de type corotatif (les vis tournent dans le même sens), à vis copénétrantes. D’autres systèmes existent tels que les vis contrarotatives (les vis tournent en sens inverse), à vis copénétrantes ou non.
Avantages des extrudeurs bivis
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Choix d’un cuiseur extrudeur
Le choix judicieux du cuiseur-extrudeur est le facteur principal pour élaborer des produits répondant à des spécifications précises sur tous les plans,comme:
Ce choix doit impérativement prendre en compte les caractéristiques des matières premières mises en œuvre, à savoir :
Pour choisir un extrudeur, l’utilisateur doit, donc, connaître la matière première à traiter, ainsi que les propriétés désirées du produit fini. Il doit, également, avoir une bonne connaissance du marché, afin de pouvoir estimer le coût de fabrication et les volumes potentiels. Ces paramètres faciliteront les choix technologiques (choix du système monovis ou bivis, adaptation du système vis-fourreau-filière, débit, puissance de motorisation…).
De plus, d’autres caractéristiques sont à prendre en compte telles que la géométrie du fourreau en terme d’entrée d’adjuvants, le chauffage/ refroidissement, le comportement à l’usure des équipements, les matériels périphériques (de contrôle, d’alimentation, de découpe…).
Influence sur les constituants alimentaires
Bien qu’il soit difficile de décrire, avec précision, l’influence de la cuisson-extrusion sur les constituants alimentaires, l’observation de certains phénomènes qui se manifestent au cours de l’opération permet de comprendre son impact sur les produits.
Si on prend les produits céréaliers extrudés comme exemple, la cuisson-extrusion a une influence significative sur les protides, les glucides et les lipides.
En effet, la digestibilité des protéines peut être améliorée par la cuisson-extrusion dans la mesure où le traitement thermique reste modéré. Si le traitement thermique est plus sévère, la digestibilité diminue. En outre, d’autres acides aminés semblent être détruits en partie par la cuisson-extrusion : arginine, histidine, acide aspartique, sérine et méthionine.
Pour les glucides, la teneur en sucres réducteurs diminue après passage par la cuisson-extrusion, suite à la formation de la réaction de Maillard. La cuisson-extrusion provoque une gélatinisation de l’amidon. Ce phénomène est d’autant plus marqué que la température et le taux d’humidité sont élevés et diminue lorsque le temps de séjour est court.
La cuisson-extrusion influence, également, la valeur nutritionnelle des lipides, par des réactions d’oxydation, d’isomérisation cis-trans ou d’hydrogénation. Elle favorise la complexation des monoglycérides et des acides gras libres avec l’amylase et conduirait à une destruction partielle des lipides totaux, dans les produits céréaliers. Par ailleurs, elle modifie le rapport acides gras insaturés/acides gras saturés.
La cuisson extrusion présente des potentiels techniques importants dans le secteur agroalimentaire. En effet, le développement de ce procédé s’effectue à trois niveaux :
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