Agro Technologies Procédés et technologies agroalimentaires Le séchage, un procédé "ancien" en évolution permanenteLe séchage, un procédé "ancien" en évolution permanente
Le séchage est un procédé de conservation très ancien. Il est considéré comme étant le plus facile, le plus efficace, le plus viable et, encore aujourd’hui, le plus utilisé.
C'est le procédé le plus sain après la lacto-fermentation. Au niveau industriel, beaucoup de procédé comprennent un module "séchoir", qui conditionne souvent la qualité du produit fini à travers un choix judicieux du mode et de la technique du séchage. Cependant, ce procédé reste énergiquement coûteux. Par ailleurs, l’énergie solaire offre, dans les pays à fort ensoleillement, une opportunité d’économiser leurs coûts énergétiques.
Le séchage est une opération unitaire qui met en jeu un transfert de matière (le liquide quitte le produit et passe à l’état de vapeur) et un transfert thermique (responsable du changement d’état du liquide). Il se distingue de l'évaporation par les quantités de liquide traitées. En effet, le liquide est à une teneur initiale beaucoup plus faible dans le cas du séchage.
Le séchage
permet de convertir des denrées périssables en produits stabilisés, par abaissement de l’activité de l’eau. Il est souvent associé à des traitements (salage, sucrage, traitement après séchage avec une huile alimentaire …) qui favorisent la diminution de l’activité de l’eau, limitent les réactions biochimiques et améliore la conservation du produit.
L’utilisation du séchage dans les industries agroalimentaires a pour buts de :
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Stabiliser les produits agricoles (riz, luzerne, ...) et les coproduits industriels (farines de viande et de poisson, pulpes de sucreries, etc.)
Accroître la durée de conservation des produits (viandes, poissons, fruits, épices, thé, ...) ;
En général, les produits séchés sont stockés à température positive (ambiante ou dans un système de réfrigération). Néanmoins, un stockage spécifique est nécessaire pour les préserver de toute réhydratation possible: silo, emballage étanche, gaz inerte, emballage sous vide…
Le bon compromis
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Séchage, Qualité, Énergie : trouver le bon compromis
La qualité d’un aliment séché est évaluée à travers sa texture après séchage et sa capacité à se réhydrater. Elle diffère selon la matière première et la méthode de séchage. D’une part, une matière première de qualité supérieure favorise la production de produits secs de bonne qualité. D’autre part, l’effet du séchage sur la valeur nutritionnelle des aliments est, principalement, dû au couple temps/température du traitement. Intuitivement, une température élevée aussi bien qu’une longue durée de séchage peuvent altérer le produit fini.
Toutefois, il est constaté que la dernière étape du séchage est une opération très délicate. Elle est souvent responsable de la perte d’une bonne proportion de la qualité du produit fini. La performance du procédé du séchage est principalement liée à cette dernière étape. Il s’agit, ainsi, d’un critère important en termes de technologie du séchage, de capacité de production, d’impact environnemental, mais aussi de consommation d’énergie et de coût total de l’opération.
En début du séchage, l'eau libre se comporte comme de l'eau pure. Il suffit pour la vaporiser d'environ 2250 kJ/kg. Lorsque le produit est plus sec, l'eau est davantage retenue par celui-ci. L’évaporation de cette eau est plus difficile et demande plus d'énergie. Elle peut atteindre suivant les différents types de sécheurs, environ 5000 kj/kg. Ce qui représente plus du double de la chaleur de vaporisation de l'eau libre.
Il est donc nécessaire d'évaluer quelle est la siccité[1] qu’on veut atteindre pour éviter des pertes et des dépenses inutiles. Par exemple, si on sait qu'un produit va se conserver dès qu'il contient moins de 40 % d'humidité, il est inutile et coûteux de le sécher d'avantage.
Aussi, la tendance est à n'utiliser le séchage que lorsque les procédés de séparation mécanique restent impuissants pour atteindre la teneur souhaitée en liquide.
Généralement, l’élimination du solvant lors du séchage est réalisée suivant quatre modes ; conductif, convectif, par rayonnement et par lyophilisation.
[1] La siccité est le pourcentage (Un pourcentage est une façon d'exprimer une proportion ou une fraction dans un ensemble. Une expression comme « 45 % » (lue « 45 pour cent ») est en réalité la sténographie pour la fraction 45/100 dont l'écriture décimale est 0,45. Dans certaines situations, on préfère le...) massique de matière sèche d’un produit, elle est évaluée par la quantité de solide restant après un chauffage à 110°C pendant deux heures.
Mode de séchage
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Entre sécher et sécher, le mode fait toute la différence !
Dans le séchage conductif, le produit à sécher se trouve en contact avec une paroi solide portée à une températureélevée par chauffage (fumées, vapeurs d'eau surchauffée...). La conduction entraîne une augmentation de la température du composé à sécher, le liquide se vaporise donc par évaporation ou par ébullition.
Ce type de séchage est intéressant lorsqu’on souhaite récupérer le solvant évaporé pour le recycler ou quand on veut éviter le rejet d'effluents polluants.
Le séchage conductif peut être réalisé sous pression réduite. Ceci permet de varier la température du traitement et d’aborder aisément des produits facilement oxydables ou des substances thermosensibles.
Le séchage par convection consiste à envoyer sur le produit à sécher, un courant gazeux chaud (le plus sec possible) qui fournit la chaleur nécessaire à l'évaporation du liquide et entraîne la vapeur formée vers l’exterieur. Le séchage par convection connait une large application en industrie, soit comme procédé à part entière (séchage des plantes aromatiques, de fruits, de grains, production de lait en poudre, etc.) ou en complément d’autres procédés (séchage des boites stérilisées, séchage des fromages destinés à l’affinage …)
Le séchage par rayonnement convient, généralement, aux produits en plaques ou en films. L'apport d'énergie s'effectue soit par ondes électromagnétiques (micro-ondes ou infrarouge) soit par rayonnement solaire.
En infrarouge le chauffage se manifeste sur des épaisseurs très faibles (500μm), alors qu’avec des micro-ondes on peut sécher à des épaisseurs plus importantes.
Enfin, la lyophilisation combine l’action du froid et du vide en provoquant la sublimation de l’eau, celle-ci passant directement de l’état glace à l’état vapeur sans transition par la phase liquide.
La classification des appareils de séchage peut s'effectuer, donc, suivant le mode de séchage. Elle peut se faire, aussi, suivant le type de produits traités (solides en blocs, poudre, pâte, pulpe, film...) ou suivant la nature du procédé utilisé (continu, discontinu).
Sur l’échelle industrielle, c’est la nature du procédé qui permet de mieux évaluer l’efficacité d’une technique de séchage. Notons, toutefois, que l'utilisation d'un procédé continu se fera, préférentiellement, dans le cas d'une fabrication importante. En effet, les sécheurs discontinus présentent l'inconvénient majeur d'entraîner un coût énergétique supplémentaire à chaque fin de cycle.
Les techniques
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Des techniques qui s’adaptent aux spécificités des produits
Parmi les techniques du séchage en continu, on trouve le séchage par atomisation, les sécheurs silo, les sécheurs tunnel, le cylindre chauffant et le tambour rotatif.
L’atomisation consiste à pulvériser la suspension à sécher (lait, café, levures…) en fines gouttelettes. Cette pulvérisation détermine, suivant le type de pulvériseur utilisé, la taille des gouttelettes, leur granulométrie, leur trajectoire, leur vitesse et par conséquent les dimensions finales des particules sèches. Les gouttes formées tombent par gravitation dans un courant d’air chaud ou à travers une vapeur d’eau surchauffée et sèchent jusqu’à obtention d’un grain de poudre sec.
Avantages du chauffage aux rayons IR dans les techniques de séchage :
- Homogénéité de la température ;
- Entretien facile et réduit ;
- Elimination des problèmes mécaniques dus à l’absence de circulation de fluide ;
- Diminution du risque de croûtage du produit en surface ;
- Localisation de la chauffe ;
- Puissance élevé et modularité ;
- Faible inertie.
Le procédé du séchage en cylindre chauffant consiste à étaler le produit humide à sécher en film mince sur la paroi externe d’un cylindre métallique tournant, chauffé intérieurement (par infrarouge ou par vapeur d’eau surchauffée). Les produits secs, comme le flocon de pomme de terre, sont récupérés en fin du procédé par raclage.
Les séchoirs en tambour rotatif sont constitués d’un cylindre, généralement de grande longueur, tournant lentement autour d’un axe légèrement incliné par rapport à l’horizontale. Le produit humide est introduit en partie supérieure par un tapis ou par une vis d’Archimède. Il sèche en avançant par gravité. Le séchage se fait soit par conduction à travers la paroi du cylindre soit par convection. Dans un tambour convectif la surface d’échange est nettement améliorée par l’effet simultané de la rotation et de l’existence d’aubes permettant de remonter le produit et de le laisser tomber en pluie. Ce type de sécheurs est utilisé pour le séchage de la pulpe de betterave, de luzerne, de certaines pâtes alimentaires…
Le sécheur tunnel convient au séchage de fruits et légumes, de plantes aromatiques, etc.
Il est constitué d’une enceinte fixe, dans laquelle le produit se déplace longitudinalement d’une extrémité à l’autre, sur un tapis unique perforé. L’apport de chaleur se fait par circulation d’air chaud, par vapeur d’eau surchauffée ou par rayons infrarouge.
Dans un sécheur silo, des grains humides sont introduits en haut du sécheur et descendent par gravité. Des trappes qui s’ouvrent et se ferment à intervalles réguliers permettent de réguler le débit des grains. La zone de séchage est munie de gaines qui fournissent à la couche de grains, de l’air chaud et permettent l’évacuation de l’air usé.
Le procédé de séchage discontinu le plus rencontré dans l’industrie alimentaire est le séchage par lit fluidisé. Dans ce procédé, l’air extérieur, qui va servir au séchage du produit, est filtré puis chauffé.Il est, ensuite, soufflé au travers d’une plaque de diffusion, permettant la fluidisation et le séchage du lit de particules. Le séchage par lit fluidisé est utilisé pour le séchage du sel marin, des levures, des colorants, etc.
La lyophilisation
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La lyophilisation, la qualité avant tout !
Le séchage par un mode classique entraîne la migration de certains composés solubles de l'intérieur des cellules vers la périphérie des produits. Cette concentration des composés solubles à la périphérie provoque une dissolution sélective à la réhydratation et donc une dégradation de la qualité des produits. De plus, certains composés, tels que les vitamines, ne supportent parfois aucun apport de chaleur sous peine d'être détruits. Avec la lyophilisation, les aliments conservent leurs saveurs ainsi que leurs nutriments. Une fois réhydratés, ils retrouvent presque la même texture d'origine.
Lors d’un procédé de lyophilisation, le produit est le plus souvent déposé sur des claies.Il est congelé à basse température (-30 à -50°C) et ensuite introduit dans une enceinte de séchage travaillant sous vide poussé (10 à 100 Pa). L’eau s’évapore alors par sublimation.
La récupération de la vapeur d'eau s'effectue soit par condensation sur une paroi refroidie à -40°C avec formation de glace et élimination de celle-ci par un racloir, soit par action d'un déshydratant (P2O5, CaCl2 ...).
La lyophilisation impose une faible capacité de production et des contraintes liées au vide poussé, ce qui la rend très coûteuse. Elle n’est applicable que pour des produits alimentaires particulièrement onéreux (ex : champignons, fraises coupées, alimentation des astronautes…).
L’énergie solaire
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L’énergie solaire, un atout pour les pays des "ceintures ensoleillées"!
Le séchage solaire est une technique ancestrale qui a inspiré certaines technologies modernes. A cause du coût de l’énergie, de plus en plus élevé, le séchage solaire refait surface et se présente, aujourd’hui, comme une piste sérieuse de développement industriel.
Le séchage solaire présente les avantages de réduire le risque d'endommager les produits alimentaires inhérents à l'utilisation de la vapeur ou des carburants en combustion. Il réduit, aussi, le coût du carburant utilisé, la pollution atmosphérique attribuée aux carburants en combustion qui servent au séchage et le risque de pollution du sol causée par les déversements de carburant.
Le séchage solaire est utilisé pour le séchage des fruits, des légumes, des grains, des plantes aromatiques, etc. Il est efficace dans les régions où il y’a une forte intensité des rayons solaires et où la durée d’ensoleillement est longue.
Le séchage solaire peut être soit direct, par exposition du produit aux rayons solaires et entrainement du solvant évaporé par l’air, soit indirect dans une serre.
Les produits alimentaires sont très sensibles au séchage. Dans le cas du séchage solaire, certains produits subissent des prétraitements afin de minimiser les pertes en nutriments et de faciliter leur processus de séchage.
Dans la pratique et pour produire des denrées sèches de bonne qualité, la meilleure récolte (matures, fermes, non endommagées…) doit être sélectionnée, découpée suivant les spécificités de chaque produit puis stabilisée par :
- Blanchiment (trempage des produits dans une eau bouillante) afin de détruire les enzymes et préserver la couleur du produit.
- Sulfatation (traitement avec une solution de sulfite, bisulfates ou métabisulfites de sodium ou même par une fumée de souffre) pour préserver la couleur et la flaveur, éviter les pertes en certaines vitamines et désinfecter le produit
- Traitement avec une solution d’acide ascorbique pour éviter le brunissement.
Le séchage solaire est peu rentable à grande échelle. Toutefois, il peut être utilisé à petite échelle ou à l’échelle artisanale, pourvue d’en maitriser le processus et d’en optimiser le prétraitement du produit.
Bonnes pratiques du séchage solaire selon l’association “El-Paso” de l’énergie solaire:
- Un traitement préalable du produit est toujours recommandé (exemple: blanchiment) ;
- Un Rinçage parfait du produit ;
- Un séchage efficace est associé à un chauffage avec entrainement de l’air usé ;
- Un séchage doit atteindre une élimination de 80 à 90% d’humidité du produit ;
- Eviter l’exposition directe des produits au soleil ;
- Le séchage ne doit pas être interrompu. Le cas échéant, le produit doit être gardé au réfrigérateur ;
- La durée idéale du séchage solaire se situe entre 2 à 3 jours en fonction du soleil, de la circulation de l’air, de l’humidité, et de la quantité et du type du produit ;
- Pour uniformiser le séchage, le produit doit être retourné (180°) une fois par jour ;
- Avant d’être stocké, le produit doit être refroidi complètement ;
- Matériel recommandé pour l’emballage des produits séchés : supports en acier inoxydable, lamelles en bois avec couverture d'étamine à fromage, Teflon, Teflon couvert en fibre de verre, nylon, plastiques alimentaires ;
Pour en savoir plus :
Calendrier
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