La cuisson-extrusion dans le secteur agroalimentaire

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.

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.

 

Exemples d'applications

 

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…
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.

types de cuiseurs

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 reflux dans la zone d’alimentation sont diminués. Ainsi, l’appareil peut être alimenté avec des produits ayant une grande plage de granulométrie, de rhéologie et de teneur en eau. Par ailleurs, le passage plus rapide du produit privilégie sa qualité. En outre, les problèmes de nettoyage sont simplifiés, une vis nettoyant l’autre.
• les frottements sont minimisés, d’où une réduction de l’échauffement par friction, ce qui permet d’apporter toute la chaleur par le système de réchauffage du fourreau. Par conséquent, la maîtrise thermodynamique du système est plus facile ;
• les paramètres de contrôle sont plus indépendants. Une dissipation visqueuse peut également s’observer avec le bivis. Celle-ci est d’autant plus importante que la vitesse de vis est élevée et que la teneur en eau est faible.

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 Effet de pompe positive : moins de friction et réduction du collage du produit dans l’appareil ; Possibilité de transporter des produits de forte ou de faible viscosité ; Grande plage du taux d’humidité possible (10 à 95 % contre 10 à 30 % sur les monovis) ; Sortie régulière du produit au niveau de la filière ; Meilleur contrôle du taux de cisaillement et du mélange ; Contrôle plus précis du temps de séjour et des températures ; Possibilité de travailler des produits contenant plus de matière grasse et plus de sucre ; Gamme de granulométrie plus importante ; Plus grande polyvalence.

 

Choix d’un cuiseur extrudeur

 

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:

• sur le plan qualitatif : dimension, porosité, densité, masse volumique ;
• sur le plan organoleptique : couleur, flaveur, consistance, texture ;
• sur le plan biochimique : état de transformation macromoléculaire des éléments constituant le produit, modifications du pouvoir colorant, vitaminique, aromatique… ;
• sur le plan fonctionnel : propriétés d’écoulement, stabilité, solubilité, pouvoir de réhydratation ;
• sur le plan nutritionnel : modification de la digestibilité du produit.

Ce choix doit impérativement prendre en compte les caractéristiques des matières premières mises en œuvre, à savoir :

• les compositions quantitatives et qualitatives : teneurs en farine, amidon, protéines (type et quantité), matières grasses, teneur en eau… ;
• les caractéristiques physiques : densité, granulométrie, homogénéité, qualité (réalisation préalable de prémélange par exemple) ;
• les conditions des apports des adjuvants : eau, vapeur, sucres, émulsifiants…

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…).

 

Impacts

 

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 :

• la diffusion dans d’autres secteurs : à la recherche de fonctionnalités très précises, pour la création de nouveaux produits ;
• le remplacement des procédés traditionnels de production ;
• l’utilisation des extrudeurs en tant que réacteurs chimiques continus, en vue de concevoir des produits alimentaires intermédiaires, combinant actions thermiques, mécaniques et chimiques en une même opération.

Pour en savoir plus

www.tgcextrusion.com

www.extrusion-reactive.com