Optimisation du procédé de séchage

a) Etude de l’air

Lors du séchage, l’hygrométrie de l’air augmente au fur et à mesure puisqu’il se charge en eau du produit et que sa température diminue. Il faut éviter que l’air soit trop humide en fin de séchage pour qu’il n’humidifie de nouveau la poudre. A la sortie de la tour de séchage, la poudre est environ à la même température que l’air de sortie, entre 70 et 100 °C. Ce traitement a donc un rôle sur la dénaturation des protéines. Si la température de sortie d’air ne dépasse pas 70 °C, alors la dénaturation des protéines engendrée est négligeable (Schuck, 2011). Pour ces raisons, la température et l’humidité de l’air sortant sont de bons indicateurs de la qualité du séchage.

Certains paramètres doivent être pris en considération, pour un séchage optimal : la température et le débit de l’air à l’entrée et la teneur en eau et le débit du produit.

b) L’impact des atomiseurs

Le type d’atomiseur impacte la taille des gouttelettes entrant dans la tour de séchage. La plus petite taille de grain de poudre obtenue jusqu’alors est de 4,5 µm. Elle s’obtient avec un atomiseur ultrason (Nandiyanto & Okuyama, 2011).

Le fait d’utiliser des buses, contrairement aux turbines, permet d’avoir un taux de MGL plus petit. Ce taux diminue également lorsque la taille du pointeau et de la pastille des buses diminuent, ou que la vitesse de rotation des turbines augmente.

Réduire le diamètre de la pastille des buses permet d’augmenter la pression d’atomisation, ce qui diminue la quantité de matière grasse libre, ainsi que la taille des particules (Finney, Buffo, & Reineccius, 2002). Pour un système à turbine, augmenter la vitesse de rotation permet de diminuer la teneur en matière grasse libre.

c) L’impact des températures de séchage

Plus la température de l’air entrant est élevée, moins il y aura de matière grasse libre dans des poudres laitières (Kelly, 2006). En effet, cela permet un séchage plus rapide, c'est-à-dire la formation plus rapide d’une croûte plus solide autour des particules de poudre (Gaiani et al., 2011). Une température d’entrée d’air élevée permet de stabiliser les grains de poudre (Nijdam & Langrish, 2006) et de diminuer le temps imparti à la migration des composés dans les particules de poudre (Gaiani et al., 2011).

Cependant, la matière grasse libre augmente avec l’augmentation de la température de sortie de l’air. En effet, une température de sortie d’air élevée engendre des fissures à la surface des grains de poudre permettant la fuite de la matière grasse (Nijdam & Langrish, 2006). Si cette température est faible, les grains de poudre obtenus seront plus uniformes et moins craquelés (Sharma, Jana, & Chavan, 2012).

Etat de l’arte 1" Résultats et discussion Une température trop proche de celle de fusion des produits à sécher, donne des produits visqueux, humides et collants, qui vont s’agglomérer durant le stockage (Vignolles et al., 2007). En effet, si la matière grasse reste liquide durant le séchage, sa migration vers la surface est favorisée (Gaiani et al., 2007). La MGL se forme principalement car la poudre contient plus de capillaires et de vacuoles, ce qui entraîne une moins bonne protection de la matière grasse.

Quand la température de l’air de séchage est faible, les particules restent humides et souples plus longtemps et vont alors subir des modifications lors du refroidissement : elles vont dégonfler et se flétrir.

Augmenter de 20 °C la température de l’air entrée ne fera augmenter la température de sortie d’air que de 2 °C, alors que pour diminuer l’humidité de la poudre de 1%, il faut que la température de l’air de sortie augmente d’au moins 5 °C. Cependant, si la température de sortie d’air dépasse les 100 °C, les taux d’insolubles et de protéines dénaturées augmenteront (Gaiani et al., 2010). En effet, passer d’une température de sortie d’air de 70 à 150 °C augmente le taux de dénaturation de 2,8% à 19,5% (Gaiani et al., 2010).

Ces données indiquent qu’en plus de considérer les températures de séchage d’entrée et de sortie d’air, la différence de température entre l’air d’entrée et l’air de sortie importe.

Bien que les températures de séchage soient déterminantes dans la composition de surface des particules de poudre, d’après Finney et al., (2002), la taille des particules est, quant à elle, principalement définie par les caractéristiques de l’atomiseur.

d) L’impact de l’installation

Pour diminuer la teneur en matière grasse libre dans du lait entier séché, il est plus efficace d’utiliser un séchage par atomisation à deux effets avec un refroidissement par lit fluidisé, plutôt qu’un séchage à simple effet. Le lit fluidisé diminue la teneur en fines (ce qui permet d’avoir un produit fini plus homogène). Cependant, sécher directement dans un lit fluidisé entraîne le phénomène inverse, non souhaité, puisque le but est de n’avoir qu’une seule population de particules (Vignolles et al., 2007).

Si la dépression dans la tour est trop élevée, alors, trop de fines sont entraînées dans les cyclones, ce qui engendre une moins bonne qualité de poudre finale.

Pour séparer les particules de poudre de l’air à la sortie du séchage, l’utilisation des cyclones entraîne une teneur en MGLS (matière grasse libre de surface) plus élevée que l’utilisation de filtres à manches (Fäldt & Bergenst\aahl, 1995, 1996a, 1996b). Cette tendance s’accentue lors du passage par un second cyclone, et est attribuée à une augmentation de la contrainte mécanique subie par la poudre (Vignolles et al., 2007). Ces résultats ont été validés, sur des émulsions à base de lait, par XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), mais pas par l’extraction de MGL par solvant.

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Charges négatives des protéines Globule gras

Protéines adsorbées

4. Les émulsions sèches

4.1. Structure

4.1.1. Description

Concernant les émulsions laitières, la forme et la taille des particules de poudre dépendent des ingrédients qui les composent ainsi que des paramètres de séchage. En effet, selon la qualité du séchage, les particules sont de forme sphérique, plus ou moins parfaite.

En général, la taille des grains de poudre obtenus par séchage par atomisation se situe entre 10 et 100 µm de diamètre (Fuchs et al., 2006). Les grains poudres sont définis comme très fins si leur diamètre est compris entre 10 et 50 µm et de grains grossiers si leur diamètre se situe entre 2 et 3 mm (Gharsallaoui et al., 2007). D’après les mesures de distribution granulométrique, en volume, les grains de poudre de lait ont un diamètre compris entre 100 et 400 µm (EnríQuez-FernáNdez, Camarillo-Rojas, & VéLez-Ruiz, 2013).

Pour des émulsions à base de lactose et de protéines sériques, la surface des grains de poudre est lisse lorsque la matière grasse est le principal élément de surface, et hétérogène lorsque les principaux composés de surface sont le lactose et les protéines (Murrieta-Pazos, Gaiani, Galet, & Scher, 2012).

Figure 14 : Schéma représentatif d’une particule de poudre réengraissée à 50% de matière grasse (adapté de Vignolles et al. (2007)).

Figure 15 : Schéma représentatif d’un globule gras (GG).

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