Concentration dans le secteur de l'alimentation et des boissons
La concentration alimentaire consiste à éliminer une partie du solvant des aliments liquides afin d'améliorer leur production, leur conservation et leur transport. Elle peut être classée en deux catégories : la concentration par évaporation et la concentration par congélation.
Concentration par évaporation
L'évaporation repose sur la différence de volatilité entre le soluté et le solvant. Lorsque la volatilité du soluté est faible et celle du solvant élevée, ce dernier est vaporisé par chauffage afin de concentrer la solution. La solution alimentaire à concentrer est placée dans un évaporateur et chauffée par une source de chaleur externe. À mesure que la température augmente, le solvant (l'eau) se transforme en vapeur, car son point d'ébullition est relativement bas et elle s'évapore facilement.
Lors de l'évaporation, les vapeurs de solvant s'échappent continuellement, tandis que le soluté (sucre, protéines, minéraux, vitamines, pigments et autres composés non volatils ou peu volatils) reste en solution grâce à son point d'ébullition plus élevé et sa faible volatilité. Les vapeurs de solvant sont ensuite recueillies et refroidies dans un condenseur pour être retransformées en liquide. Ce procédé permet de récupérer de l'énergie et de réduire la consommation énergétique. L'eau condensée peut être recyclée ou rejetée.
La solution initiale est concentrée en un volume plus petit après évaporation et condensation, ce qui augmente la concentration du soluté. La solution alimentaire concentrée peut être utilisée pour des transformations ultérieures, telles que le séchage, la fabrication de confiseries, de confitures, de jus, ou comme matière première intermédiaire pour la production alimentaire.
Les systèmes d'évaporation et de concentration multi-étapes ou multi-effets sont fréquemment utilisés dans la production industrielle. Selon les exigences des procédés de production spécifiques, la concentration des aliments doit être mesurée avec précision et en temps réel afin de garantir une qualité de produit stable et d'améliorer l'efficacité de la concentration. Contactez-nous.Lonnmètre, un fournisseur en ligne de compteurs de concentration, pour en savoir pluscompteur de concentration en lignesolutions.
Principales caractéristiques de l'évaporation et de la concentration
La température et la durée de chauffage doivent être soigneusement étudiées lors de l'évaporation des aliments et des boissons. Une température basse et une durée courte visent principalement à préserver au mieux la qualité des aliments, tandis qu'une température élevée et une durée courte visent principalement à améliorer l'efficacité de la production.
Un chauffage excessif entraîne la dégradation, la carbonisation et l'agglomération des protéines, des sucres et de la pectine. Le matériau traité, en contact étroit avec la surface d'échange thermique, est sujet à l'entartrage aux températures les plus élevées, comparativement à la température ambiante. Une fois l'entartrage formé, l'efficacité du transfert thermique s'en trouve fortement affectée, pouvant même engendrer des problèmes de sécurité. Pour remédier à ce problème, il est possible d'augmenter la vitesse du liquide. L'expérience a démontré qu'une augmentation de la vitesse du liquide permet de réduire significativement la formation d'entartrage. Par ailleurs, des méthodes antitartre électromagnétiques et chimiques peuvent être mises en œuvre pour prévenir tout risque d'entartrage.
Viscosité
De nombreux aliments sont riches en protéines, en sucre, en pectine et en autres ingrédients à haute viscosité. Lors de l'évaporation, la viscosité de la solution augmente avec la concentration tandis que sa fluidité diminue, ce qui entrave considérablement la conduction thermique. C'est pourquoi, pour l'évaporation de produits visqueux, on a généralement recours à des techniques de circulation ou d'agitation forcée.
Capacité moussante
Les aliments riches en protéines présentent une tension superficielle plus élevée. Lors de l'évaporation et de l'ébullition, une mousse de plus en plus stable se forme, facilitant l'entrée du liquide dans le condenseur avec la vapeur et entraînant des pertes de liquide. La formation de mousse est liée à la tension interfaciale. Cette tension interfaciale s'exerce entre la vapeur, le liquide surchauffé et les particules en suspension, ces dernières jouant un rôle essentiel dans la formation de la mousse. Généralement, des tensioactifs permettent de contrôler la formation de mousse, tandis que divers dispositifs mécaniques peuvent être utilisés pour l'éliminer.
corrosivité
Certains aliments acides, comme les jus de légumes et de fruits, sont sensibles à la corrosion de l'évaporateur lors des phases d'évaporation et de concentration. Dans le secteur alimentaire, même une légère corrosion peut entraîner une contamination rendant le produit impropre à la consommation. Par conséquent, l'évaporateur utilisé pour les aliments acides doit être fabriqué à partir de matériaux résistants à la corrosion et thermoconducteurs, et sa conception doit faciliter son remplacement. Par exemple, pour la concentration d'une solution d'acide citrique, on peut utiliser des tubes chauffants en graphite imperméable ou des évaporateurs sandwich en émail résistant aux acides.
Composés volatils : De nombreux aliments liquides contiennent des composés aromatiques et des arômes, plus volatils que l’eau. Lors de l’évaporation du liquide, ces composés s’échappent avec la vapeur, altérant la qualité du produit concentré. Bien que la concentration à basse température permette de limiter la perte de composés aromatiques, une méthode plus efficace consiste à les récupérer puis à les réincorporer au produit final.
Concentration de congélation
Les matières premières alimentaires liquides (comme les jus, les produits laitiers ou autres solutions riches en eau) sont refroidies à basse température. Lorsque la température descend en dessous de 0 °C, les molécules d'eau de la solution précipitent sous forme de cristaux de glace. Ceci s'explique par le fait que l'eau atteint un équilibre solide-liquide à une température et une pression spécifiques. En dessous de cette température, l'eau libre en excès gèle en premier, tandis que les solutés (comme les sucres, les acides organiques, les pigments, les arômes, etc.) ne gèlent pas facilement avec l'eau en raison de leur solubilité différente et restent dans le concentré non congelé.
Séparation des cristaux de glace
Les cristaux de glace formés sont séparés du concentré par centrifugation, filtration ou autres procédés physiques. Ce procédé n'entraîne pas l'évaporation des solutés, prévenant ainsi efficacement la dégradation des ingrédients thermosensibles et la perte d'arôme. Le concentré obtenu après séparation des cristaux de glace est un produit concentré congelé, présentant une concentration en solutés nettement supérieure à celle de la solution initiale, tout en préservant au maximum la couleur, le goût, la valeur nutritionnelle et la saveur d'origine de l'aliment.
Contrôle des conditions de gel
Lors du procédé de cryoconcentration, des facteurs tels que la vitesse, la température et la durée de congélation doivent être contrôlés avec précision afin d'optimiser la taille, la morphologie et la séparation des cristaux de glace du concentré, et ainsi garantir la qualité du produit final. La cryoconcentration est particulièrement adaptée aux aliments et boissons thermosensibles, comme les jus de fruits et légumes frais, les produits biologiques, les produits pharmaceutiques et les condiments haut de gamme. Elle permet de préserver au maximum les qualités naturelles des matières premières et présente l'avantage d'être économe en énergie et très efficace. Cependant, cette méthode comporte également certaines limites. Par exemple, le procédé de concentration ne peut être stérilisé efficacement et peut nécessiter un traitement de stérilisation supplémentaire. De plus, pour certaines solutions à haute viscosité ou contenant des ingrédients spécifiques, la séparation des cristaux de glace du concentré peut s'avérer plus difficile, ce qui réduit l'efficacité de la concentration et augmente les coûts.
Date de publication : 13 février 2025
