Article pp.307-322 du Vol.24 n°4 (2004)

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ARTICLE ORIGINAL ORIGINAL PAPER

Extrudabilité et stabilité des mélanges riches en matières grasses en cuisson-extrusion.

Comparaison entre extrudeurs mono-vis et bi-vis.

Teresa De Pilli¹*, Carla Severini¹, Antonietta Baiano¹, Abdellah Arhaliass², Jack Legrand²

SUMMARY

Study on extrusion and stability of fat meals. Comparison between sin- gle- and twin-screw extruders

A study on doughs formed by pregelled wheat flour, almond flour, water and two kinds of additives (soy lecithin et mono and diglyceride of fatty acids) was carried out in order to evaluate the capability of those additives to retain the fatty fraction during the extrusion of fatty flours. Electrical conductivity measurements showed that both additives prevent the loss of fat in o/w emulsions. Furthermore, extruded flakes and sticks were produced using doughs formed by pregelled wheat flour, almond flour, mono and diglycerides of fatty acids and soy lecithin in a single- and twin- screws extruder. The obtained products were submitted to rheological, physical, and chemical analyses.

The results regarding the oil extraction during extrusion showed that the soy lecithin is the most suitable emulsifiant to retain the fatty fraction during the extrusion of fatty flours. The twin-screw extruder is more efficient to extrude fat meals, than the single one because it leads to determine a smaller loss of fat during the process of extrusion and a greater expansion of the products.

Key-words

extrusion, fat flour, emulsifier, single- and twin- extruders, almond flour.

1. Dipartimento di scienze degli alimenti – Facoltà di agraria. Università di Foggia, Via Napoli 25, 71100 Fog- gia, Italie.

2. Laboratoire de génie des procédés-environnement-agroalimentaire – GEPEA – UMR CNRS 6144.

Université de Nantes – CRTT – BP 406 – 44602 Saint-Nazaire cedex – France.

* Corresponding author: Tel.: +39 881 589245, Fax: +39 881 740211, e-mail: [email protected]

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RÉSUMÉ

La formation d’émulsion huile dans l’eau capable de retenir et de protéger la fraction grasse dans une matrice extrudée est étudiée. Les mesures de conduc- tibilité électrique, qui ont été faites sur des mélanges de farine de blé, de farine d’amande, d’eau et de deux additifs (lécithine de soja et mono- et diglycérides d’acides gras), ont montré que les deux émulsifiants favorisent la formation de l’émulsion à faible concentration (0,2 %). Des expériences d’extrusion ont été faites avec les mélanges à base de farines de blé prégélatinisées, farine d’amande, lécithine de soja et mono- et diglycérides d’acides gras dans des extrudeurs mono- et bi-vis. Les produits obtenus ont été caractérisés au moyen d’analyses physiques et chimiques.

Les résultats obtenus, relatifs à la perte d’huile pendant l’extrusion, ont montré que les produits contenant de la lécithine de soja ont une concentration en matière grasse plus importante (faible perte d’huile pendant l’extrusion) et que l’extrudeur bi-vis peut être considéré comme la machine la plus adaptée pour la réalisation des snacks d’amande. Ceci est dû essentiellement à deux raisons : une faible perte d’huile pendant le procédé et un taux d’expansion plus élevé des produits obtenus.

Mots clés

extrusion, farine grasse, émulsifiant, extrudeurs mono- et bi-vis, farine d’amande.

1 – INTRODUCTION

Le procédé d’extrusion est très utilisé dans le domaine alimentaire (HSIEH et al., 1990 ; COLONNA et DELLA VALLE, 1994). Les produits obtenus par cette technologie sont nombreux et très variés : céréales pour le petit déjeuner, snack, confis, etc., (LINKO et al., 1981).

Un extrudeur se compose en général des éléments suivants : un fourreau dans lequel tourne une vis (extrudeur mono-vis) ou deux vis parallèles (extrudeur bi-vis), une filière de forme variable, des dispositifs d’alimentation de produits secs et/ou de liquides à débits variables, un moteur à vitesse variable et un réducteur qui entraîne la ou les vis (COLONNA et DELLA VALLE, 1994). Du point de vue fonctionnel, la différence principale entre un extrudeur mono-vis et un extrudeur bi-vis repose sur le mécanisme de transport (HARPER, 1986). En effet, dans le premier cas, le transport des matières premières est assuré par les for- ces de frottement et son efficacité dépend essentiellement de l’adhérence des matériaux à la paroi du fourreau. Si la matière colle à la vis (mélanges avec une forte concentration en eau ou en matière grasse), elle tournera en bloc dans le fourreau. Pour éviter ce phénomène, il est nécessaire d’utiliser des fourreaux très longs (longueur/diamètre de l’ordre de 10 à 20), ou des vitesses de vis importantes, ou refroidir la paroi (HARPER, 1981). D’autre part, les taux de cisaillement sont faibles dans l’extrudeur mono-vis. Dans l’extrudeur bi-vis copénétrantes, l’une des vis balaye en permanence le chenal de l’autre vis, ce

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qui empêche la matière de coller à cette vis : on parle de vis auto-nettoyante.

Le transport de la matière est donc efficace dans tous les cas, même avec des fourreaux courts et des vitesses de vis faibles.

Récemment, les extrudeurs bi-vis ont eu, surtout dans le domaine alimentaire, un grand développement au détriment des extrudeurs mono-vis. En effet, ce type de machine a beaucoup d’avantages : ils sont polyvalents (grande variété de géométrie des vis), ils possèdent différents paramètres pour contrôler le procédé (vitesse des vis, profil de température, débits de produit, etc.), ils peuvent effectuer simultanément différentes opérations unitaires (transport, mélange, cuisson, déshydratation, stérilisation, homogénéisation, réaction) (SCHULER, 1986), contrairement à l’extrudeur mono-vis, dans lequel a lieu essentiellement une action de compression (HARPER, 1981).

Les céréales pour le petit déjeuner et les snacks sont les aliments les plus importants obtenus par cette technologie (STRAKA, 1985). Les matières premiè- res utilisées pour la production des extrudats pour le petit déjeuner sont essentiellement des farines amylacées et des farines riches en protéines.

Actuellement, peu d’études ont été consacrées à la production d’extrudats à partir de farines riches en lipides. En effet, la présence des lipides pendant le procédé d’extrusion induit des comportements différents suivant la quantité de matière grasse. Si la quantité de lipides est supérieure à 1 %, on a une réduc- tion de la dispersion de l’amidon et, en conséquence, les produits sont moins expansés et ont une structure semblable aux biscuits (GUY, 1994). D’autre part, DE PILLI et al. (2000) ont observé que, si la quantité de matière grasse est supé- rieure à 16 %, une perte d’huile se produit pendant le procédé d’extrusion.

L’objectif de ce travail est l’étude de l’extrusion de mélanges comportant une fraction lipidique importante pour la réalisation de produits destinés au petit-déjeuner avec un contenu énergétique important. Ce choix est conditionné par des considérations nutritionnelles, commerciales et technologiques (DE PILLI

et al., 2001). On a étudié une formulation qui permet la protection et la rétention de la fraction huileuse au moyen de la formation d’une émulsion de type huile dans l’eau, par addition des émulsifiants comme la lécithine de soja ou le mono- et diglycérides d’acides gras. En outre, les expériences d’extrusion ont été faites soit dans un extrudeur mono-vis soit dans un extrudeur bi-vis pour comparer les performances de ces machines pour ce type de mélanges.

2 – MATÉRIELS ET MÉTHODES

2.1 Matières premières

Les farines de blé prégélatinisées et les farines d’amande ont été achetées dans le commerce (« Cereal Destrine », Cadelbosco Sopra - Reggio Emilia pour les farines de céréales et « Alimentaristica Pugliese » Cerignola – Foggia, Italie pour la farine d’amande).

La composition biochimique des farines est donnée dans le tableau 1.

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Tableau 1

Caractérisation biochimique des matières premières utilisées pour les expériences d’extrusion.

Table 1

Biochemical composition of the flours used for the extrusion tests.

2.2 Analyses chimiques des farines

Sur les deux différents types de farine, on a déterminé l’humidité, la quantité de matières minérales, le contenu en protéines et en lipides (en utilisant la méthode de GIUGLIANO et STEIN, 1989).

2.3 Mesures de conductibilité électrique

Les mesures de conductibilité électrique, exprimées en micro-siemens (µS), ont été obtenues au moyen d’un conductimètre ALESSANDRINI mod. 4071 (Modena, Italie). Ces expériences ont été faites sur deux types de formulation :

1) 85 % farine de blé prégélatinisée et 15 % farine d’amande ; 2) 75 % farine de blé prégélatinisée et 25 % farine d’amande.

On a préparé des mélanges à base d’eau distillée dans un bécher de 500 ml au moyen d’un mélangeur à immersion GIRMI X45 (Marnete, Varese-Italie). On a introduit l’électrode pour effectuer les mesures de conductibilité électrique lorsque le mélange présente une consistance crémeuse.

Pour chaque formulation, on a ajouté deux types d’émulsifiant : lécithine de soja et mono- et diglycérides d’acides gras, avec des pourcentages différents.

Un nombre total de 18 formulations a été étudié :

• Lécithine de soja 0 % ; 0,2 % ; 1 % et 1,5 %;

• Mono- et diglycérides d’acides gras 0 % ; 0,2 % ; 1 % ; 1,5 % ; 2 % et 3 %.

2.4 Extrudeurs utilisés pour la production des « Snacks d’amande »

2.4.1 Extrudeur mono-vis

Les snacks ont été obtenus dans un extrudeur mono vis FEN mod. HTE – 65 (Galliera Veneta – Padova, Italie). Les paramètres du procédé d’extrusion sont les suivants : pression de vide de 0,67 bar dans le malaxeur ; vitesse de vis de 290 t/min ; température du produit 50 °C dans l’extrudeur et énergie mécanique

Matières premières Humidité % Matières minérales %

Protéines % Lipides % Farine de blé prégélatinisée 9,63 ± 0,035 0,54 ± 0,008 10,32 ± 0,039 0,9 ± 1,25 Farine d’amande 3,89 ± 0,12 2,90 ± 0,05 21,66 ± 0,04 62,53 ± 1,14

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spécifique (EMS) 150 kj/kg. La vis d’extrusion était constituée par une spirale sans éléments de cisaillement avec un rapport de compression 1,4 : 1.

Les extrudats ont été torréfiés dans un torréfacteur FEN mod. TO – 10 à trois zones commercialisé par MAFIN s.p.a. (Galliera Veneta, Padova-Italie). Les températures et les temps de séjour dans chaque zone sont les suivants : zone de préchauffage 158 °C pendant 10 secondes ; zone d’expansion 200 °C pendant 63 secondes ; zone de finissage 170 °C pendant 41 secondes. Ces para- mètres ont été déterminés expérimentalement à partir d’une évaluation visuelle des produits obtenus.

2.4.2 Extrudeur bi-vis

On a utilisé un extrudeur CLEXTRAL BC21, avec deux vis co-rotatives, de diamètre 25 mm et de longueur 900 mm, la distance entre les vis est de 21 mm.

Les expériences ont été réalisées dans le hall d’essais du laboratoire GEPEA (Génie des Procédés Environnement Agro-alimentaire) de Saint Nazaire (France).

Le profil des vis, qui ne comportait pas d’éléments entraînant de forts cisaillements, était le suivant : 0-100 mm : T2F (Trapézoïdal double filet ) ; 100- 625 mm : C1F (Conjugué simple filet) ; 625-850 mm : C2F (Conjugué double filet) ; 850-862.5 mm : C1FC (Conjugué simple contre filet) ; 862.5-875 mm : C1F (Conjugué simple filet) ; 875-900 mm : C2F (Conjugué double filet).

Les paramètres du procédé d’extrusion étaient les suivants : vitesse de vis 300 t/min ; température du produit à la sortie de la filière 79 °C et énergie méca- nique spécifique (EMS) 175 kj/kg.

Le produits obtenus ont été coupés manuellement au moyen d’un couteau et ont été cuits dans un four DELONGHI COMBI 8 FUNCTIONS CONVECTION à une température de 200 °C pendant 15 minutes.

2.5 Formulations utilisées dans les expériences d’extrusion

On a utilisé des mélanges avec un contenu en eau de 36 % (les pourcentages massiques des ingrédients sont rapportés à la masse de matière sèche) pour les produits extrudés avec l’extrudeur mono-vis et de 26 % pour les extrudats réalisés avec l’extrudeur bi-vis. Les mélanges étudiés sont les suivants :

A) 66 % de farine de blé prégélatinisée, 25 % de farine d’amande, 8 % de saccharose, 1 % de chlorure de sodium ;

B) 65,8 % de farine de blé prégélatinisée, 25 % de farine d’amande, 8 % de saccharose, 0,2 % de lécithine de soja, 1 % de chlorure de sodium ; C) 65,8 % de farine de blé prégélatinisée, 25 % de farine d’amande, 8 % de

saccharose, 0,2 % de mono- et diglycérides d’acide gras, 1 % de chlorure de sodium.

On a réalisé deux types de produit, qui se différenciaient par leur forme : flocons (obtenus par l’extrudeur mono-vis) et petits bâtons (obtenus par l’extrudeur bi-vis). Les petits bâtons ont une longueur de 2 cm et un diamètre de 0,5 cm et les flocons ont une longueur de 1 cm et une largeur de 0,5 cm.

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2.6 Analyses sur les produits extrudés

Différentes caractéristiques ont été déterminées sur les produits finis. Toutes les analyses ont été effectuées en triple.

2.6.1 Perte d’huile (GIUGLIANOET STEIN, 1989)

La perte d’huile a été calculée à partir de la différence du pourcentage d’huile dans le mélange initial et celui dans les produits torréfiés. La fraction d’huile a été déterminée par extraction à l’hexane au moyen d’un extracteur Soxhlet. Les résultats sont exprimés par la perte d’huile rapportée à 100 g de produit.

2.6.2 Détermination de la texture

Les produits en forme de petits bâtons et de flocons sont soumis à des analyses rhéologiques au moyen d’un dynamomètre Stable Systems TA – Hdi Tex- ture Analyser, pour déterminer la texture des produits.

Les échantillons en forme de petits bâtons sont coupés au moyen d’une lame descendante à la vitesse de 0,5 mm/sec. Les résultats obtenus sont expri- més en Newton (N), correspondant à la force pour trancher chaque grain. Les snacks ayant une forme de flocon sont chargés (échantillon de 20 g) dans une cellule Ottawa avec un fond fermé et sont comprimés jusqu’à 50 % de la hau- teur initiale de l’échantillon. La charge initiale est de 300 grammes et le piston descend à la vitesse de 0,5 mm/s et les résultats obtenus expriment la force en Newton de pénétration des produits. On a effectué au minimum cinq répétitions de la mesure pour chaque échantillon.

2.6.3 Détermination du volume de l’échantillons

Le volume des « snacks d’amande » a été déterminé en utilisant la méthode de BARBER et al. 1992.

Cette analyse a été effectuée en utilisant un récipient ayant un escalier volu- métrique (pycnomètre) dans lequel les graines de lin ont été introduites jusqu’au niveau maximum indiqué sur le récipient, puis elles ont été pesées. Ensuite, le récipient a été rempli avec 10 grammes de l’échantillon complétés avec les graines de lin jusqu’au niveau maximum. Le récipient est à nouveau pesé.

Les résultats ont été exprimés en millilitres et calculés utilisant la formule suivante :

masse du récipient +

masse des graines de lin

masse du récipient +

graines de lin + échantillon

⎝ ⎠

⎜ ⎟

⎛ ⎞

masse de l’échantillon –

–

⎩ ⎭

⎪ ⎪

⎨ ⎬

⎪ ⎪

⎧ ⎫

masse volumique des graines de lin

---

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2.6.4 Détermination du WSI (« water solubility index »)

Les extrudats ont été moulus et tamisés jusqu’à obtenir une dimension comprise entre 180 et 250 microns. Ensuite, 25 ml d’eau distillée sont mélan- gés à 2,5 grammes de la poudre obtenue pendant 30 minutes avec un agita- teur magnétique. 32,5 grammes de la suspension obtenue ont été centrifugés à 3000 tours/minutes pendant 10 minutes. Le surnageant a été décanté dans une capsule d’aluminium et desséché jusqu’à un poids constant à une tempé- rature de 105 ˚C. Le poids du solide dans le surnageant est l’extrait sec et le WSI est déterminé à partir du poids de l’extrait sec/poids de l’extrudat x 100.

2.6.5 Analyse d’image

Cette analyse a été effectuée en coupant selon un plan perpendiculaire à l’axe principal des échantillons ayant une forme de petits bâtons et de flocons.

La section obtenue a été photographiée avec une caméra dotée d’un objectif MICRO NICON 275 mm. Les images ont été traitées avec le logiciel OPTIMAS, version 6.1 du Bioscan (USA), qui permet de calculer la porosité de surface par contraste de couleurs ou de blanc et noir.

2.6.6 Analyse statistique

Le test de signification des variables indépendantes a été utilisé pour la déter- mination du p-level (< 0,05), par le logiciel STATSOFT pour Windows ver.5.0.

3 – RÉSULTATS ET DISCUSSION

Pour étudier la formation d’une émulsion huile dans l’eau stable et, donc, pour mettre au point une formulation qui permette la protection et la rétention de la fraction lipidique dans mélanges avec farines grasses, on a effectué des mesures de conductibilité électrique. Ces mesures sont faites sur des mélanges à base de farines de blé prégélatinisées, de farine d’amande (gras > 60 %), d’eau et deux types d’additifs : lécithine de soja et mono- et diglycérides d’acide gras. La mesure de la conductibilité électrique permet de quantifier l’aptitude à créer des émulsions pour chacun de ces additifs. En effet, lorsque la phase hydrophobe se disperse dans la phase hydrophile, riche en minéraux et par conséquent plus conductrice, la conductibilité électrique augmente (KATO et al., 1985).

Les valeurs des rapports (R) entre la conductibilité électrique des mélanges avec et sans émulsifiant en fonction des formulations à base de farine de blé pré- gélatinisées avec des quantités croissantes de farine d’amande (15 % et 25 %) et de mono- et diglycérides d’acide gras (0 %, 0,2 %, 1 %, 1,5 %, 2 % et 3 %) sont représentées sur la figure 1. Dans ce graphique on peut observer l’augmentation de la conductibilité électrique de tous les mélanges avec 25 % de farine d’amande comportant des mono- et diglycérides par comparaison avec les mélanges sans émulsifiant (rapport de conductibilité électrique supérieur à 1). Il n’y a pas d’accroissement significatif des valeurs de la conductibilité électrique avec l’augmentation de la concentration de mono- et diglycérides (p > 0,77).

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Les valeurs du rapport (R) entre la conductibilité électrique des mélanges avec et sans émulsifiant pour des formulations à base de farines de blé avec des quantités croissantes de farine d’amande (15 % et 25 %) et de lécithine de soja (0 %, 0,2 %, 1 % et 1,5 %) sont représentées sur la figure 2. On peut observer la même tendance que celle obtenue avec l’addition de mono- et diglycérides : on a un rapport de conductibilité électrique supé- rieur à 1 seulement avec les mélanges ayant un contenu de farine d’amande de 25 %. L’augmentation du pourcentage de lécithine de soja n’entraîne pas de changement significatif (p > 0,23).

Ce résultat montre que la phase hydrophobe se disperse à l’intérieur du mélange sous forme de petites gouttes d’huile, formant une émulsion stable huile dans l’eau. En outre, on peut remarquer que les deux émulsifiants favorisent la formation de l’émulsion, même à faible concentration (0,2 %).

Les mono- et diglycérides d’acides gras et la lécithine apparaissent donc, comme favorisant la formation d’une émulsion stable huile dans l’eau, capable de protéger et de retenir la fraction lipidique. Ce comportement peut être expli- qué par les caractéristiques interfaciales de ces émulsifiants, qui permettent de former des films entre les lipides, les protéines et l’amidon (BIALE, 1999).

Les mesures de conductibilité électrique ont permis de déterminer les formulations adaptées aux expériences d’extrusion. Trois types de snacks ont été réali- sés avec un extrudeur mono-vis et un extrudeur bi-vis. Ces produits se

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

0,2 % Mono- et diglycéride

1 % Mono- et diglycéride

1,5 % Mono- et diglycéride

2 % Mono- et diglycéride

3 % Mono- et diglycéride Formulations

C1/C0

Farine de blé 85 % + farine d’amande 15 % Farine de blé 75 % + farine d’amande 25 %

Figure 1

Mesures de la conductibilité électrique des mélanges à base de farine de blé prégélatinisée additionnés de farine d’amande et de mono- et -diglycerides d’acides gras.

Electrical conductivity measurements of doughs with pregelatinised wheat flour, almond flour and mono and diglyceride of fatty acids.

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différencient par l’absence ou la présence d’émulsifiant (0 % et 0,2 %), par la typologie d’additif ajouté (mono- et diglycérides d’acides gras et lécithine de soja) et par la forme (petits bâtons réalisés avec un extrudeur bi-vis et flocons obtenus par un extrudeur mono-vis).

Pendant l’extrusion de ces mélanges, aucune perte d’huile n’a été observée visuellement. Cependant, la perte d’huile des produits torréfiés a été détermi- née (figure 3). Dans ce graphique, on peut remarquer que les produits obtenus avec l’extrudeur mono-vis ont eu une perte de matière grasse beaucoup plus élevée que les snacks réalisés par la machine bi-vis. Dans ce dernier cas, les produits obtenus en présence d’émulsifiants ont une perte en matière grasse plus faible par comparaison aux snacks sans émulsifiants (p < 0,003). En particulier, les échantillons contenant de la lécithine présentent la perte en huile la plus faible. Par contre, on ne relève pas une différence statistiquement signifi- cative entre les produits obtenus par l’extrudeur mono-vis (p > 0,29).

La plus grande perte de matière grasse observée pour les échantillons extru- dés par l’extrudeur mono-vis par rapport à ceux réalisés par l’extrudeur bi-vis, pourrait s’expliquer en considérant le mécanisme de transport de la matière dans cette machine. Dans l’extrudeur mono-vis, le déplacement de la matière est dû à l’écoulement d’entraînement généré par le frottement à la paroi le long du fourreau. Le produit, pour être poussé en avant, ne doit pas tourner avec la vis. La seule force qui peut empêcher la matière de tourner avec la vis et, par consé- quent, la faire avancer le long du fourreau, est la force de frottement contre la paroi du fourreau. Le transport de la matière est d’autant mieux efficace que le

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

0,2 % Lécithine 1 % Lécithine 1,5 % Lécithine Formulations

C1/C0

Farine de blé 85 % + farine d’amande 15 % Farine de blé 75 % + farine d’amande 25 %

Figure 2

Mesures de la conductibilité électrique des mélanges à base de farine de blé prégélatinisée additionnés de farine d’amande et de lécithine de soja.

Electrical conductivity measurements of doughs with pregelatinised wheat flour, almond flour and soy lecithin.

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frottement est important. En outre, le mouvement de rotation de la vis crée un écoulement transversal, qui met en circulation la matière dans le canal situé entre les fuites de la vis. Cet écoulement ne contribue pas au mouvement net d’avan- cement de la matière, mais il permet le mélange de la matière qui traverse l’extrudeur. Il y a un troisième type d’écoulement qui se produit dans l’extrudeur mono- vis. Il s’agit de l’écoulement de pression, qui entraîne la matière dans la direction opposée à celle de l’écoulement net. Cet écoulement, dû à la pression à la filière, a lieu dans un canal formé entre la vis et la paroi du foureau. La combinaison de ces trois écoulements (entraînement, transversal et écoulement de pression) contribue à l’écoulement net de la matière dans l’extrudeur. Les matières premiè- res avec un coefficient de frottement élevé, tel que le grains du maïs, les cônes du riz, ou même des grains entiers, permettent d’obtenir un bon écoulement d’entraînement dans un extrudeur mono-vis. Par contre, les matières premières avec une concentration importante en lipide sont difficiles à extruder dans une machine mono-vis par suite des phénomènes de glissement entre le fourreau et la vis (FAUBION et HOSENEY, 1982).

Comme l’extrudeur mono-vis, l’extrudeur bi-vis corotatives est un appareil dans lequel il y a un écoulement d’entraînement. Cependant, la matière ne peut pas tourner en bloc du fait du courant de fuite entre les deux vis. Les extrudeurs bi-vis corotatives permettent un meilleur transport et la distribution du temps de séjour est plus étroite que dans l’extrudeur mono-vis (VAN ZUILICHEM et al., 1983).

Dans l’extrudeur bi-vis corotatives, la matière est transférée d’une vis à l’autre. Le mécanisme de transport est une combinaison de l’écoulement d’entraînement et de l’écoulement de déplacement positif. Dans ce cas l’écou- lement de pression est faible (SCHULER, 1986). L’extrusion d’un mélange avec la

0 5 10 15 20 25 30

0 % Émulsifiant 0,2 % Mono- et diglycérides 0,2 % Lécithine de soja Formulations

Perte d'huile %

Mono-vis Bi-vis

Figure 3

Détermination de la perte de matière grasse pendant le procédé d’extrusion.

Loss of fat in extruded products with and without emulsifiers.

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farine d’amande (farine avec un haut contenu en lipides) par l’extrudeur mono- vis comporte un écoulement de pression considérable, qui entraîne probable- ment une plus grande extraction d’huile. La machine bi-vis corotatives, au contraire, assure un transport efficace tout en conservant un degré de liberté grâce au passage de la matière d’une vis à l’autre. Ceci entraîne, par consé- quent, une plus petite compression du mélange.

La réduction des pertes de matière grasse observée, pendant le procédé d’extrusion, des produits préparés avec des mono- et diglycérides est proba- blement due à la capacité de cet émulsifiant à former des liaisons moléculaires avec les protéines, l’amidon et les graisses, grâce à leur propriété amphiphiles (BIALE, 1999) et de former par conséquent des émulsions plus stables.

IZZO et HO (1989) ont montré que, pendant l’extrusion de zeïne avec de l’huile de maïs, des complexes sont formés entre les protéines et les lipides. Ils ont observé que la formation de ces complexes n’est pas dépendant de la tempéra- ture. Ils ont supposé que ces complexes ne sont pas dus à la dégradation des protéines. CHEN-LUNG et al. (1995) ont étudié la formation des liaisons lipides-pro- téines et lipides-amidon pendant le procédé d’extrusion d’un mélange de protéi- nes de soja et de farine de riz. Les résultats ont montré que le contenu en humidité du mélange est le principal facteur qui influence l’interaction entre les lipides et les autres constituants. Ces interactions sont constituées essentiellement par des liaisons physiques. Ils ont observé par exemple que, pour des conditions d’extrusion à une température de 150 ˚C et une valeur d’humidité de 23 %, la formation des complexes lipides-protéines est privilégiée. Dans le cas où la température d’extrusion et l’humidité du mélange sont de 200 °C et 13 %, la formation des complexes lipides-amidon prédomine à cause de la dénaturation des protéines et de la gélatinisation de l’amidon. En présence des phospholipides, il y a formation de liaisons de type hydrogène, hydrophobe et électrostatique.

La plus grande efficacité de la lécithine de soja, par comparaison avec les mono- et diglycérides, pour la réduction des pertes de matières grasses pendant le procédé d’extrusion, peut être expliquée en considérant le bilan lipo- phile/hydrophile (HLB) (GRIFFIN et LYNCH, 1972). L’indice HLB est basé sur le rapport entre les groupes hydrophiles et lipophiles à l’intérieur de la molécule d’un émulsifiant. L’échelle va de 1 (émulsifiants lipophiles) à 20 (émulsifiants hydrophiles). Les mono- et diglycérides ont un HLB de 2,8, par contre, la léci- thine de soja a un indice HLB plus élevé, compris entre 3 et 4, ce qui favorise la formation d’une émulsion de type huile/eau (VECCHIO, 2002).

Pour étudier la texture des produits et, en particulier, leur degré d’expansion, on a déterminé le volume des snacks (figure 4) et la force de rupture (N) (figure 5), c’est-à-dire, la force qui est nécessaire pour briser un échantillon (dans le cas des produits en forme de petits bâtons) ou la force de compression (dans le cas des produits en forme de flocon).

Les résultats montrent qu’il n’y a pas de grandes différences entre les valeurs des volumes des échantillons avec émulsifiants, obtenus avec les extrudeurs mono-vis et bi-vis. Des différences significatives (p < 0,0142) sont obser- vées pour les produits obtenus sans émulsifiant. Par contre, la nature de l’émulsifiant a peu d’influence (p > 0,3042). En général, les faibles valeurs des volumes observées pour tous les échantillons extrudés dans les deux types d’extrudeur, avec et sans émulsifiant, peuvent être expliquées par la présence du gluten, qui réduit le traitement mécanique du mélange, et qui absorbe en

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0 2 4 6 8 10 12

Volume (ml)

Mono-vis Bi-vis

Figure 4

Volume (ml) des produits obtenus dans les extrudeurs mono-vis et bi-vis.

Volume (ml) of products obtained by single and twin extruder.

0 50 100 150 200 250 300 350

Force de rupture (N)

Mono-vis Bi-vis

Figure 5

Force de rupture (N) des produits obtenus dans les extrudeurs mono-vis et bi-vis.

Break strength (N) of products obtained by single and twin extruder.

(13)

outre une partie de l’eau en entraînant un degré plus faible de gélatinisation de l’amidon, qui est fondamentale pour l’expansion des produits (WANG et al., 1983 ; FAUBION et al., 1982). Un autre facteur, qui réduit le degré d’expansion des produits, est la présence de lipides, qui entraînent une réduction de la dispersion de l’amidon et provoquent ainsi un degré plus faible de gélatinisation en rendant compacte la structure des extrudés (RUY et al., 1994).

Les résultats relatifs à la force de rupture (figure 5) montrent que les produits, réalisés par l’extrudeur bi-vis, présentent des valeurs plus petites. Ceci pourrait être dû à la présence d’une microstructure à l’intérieur des snacks qui les rendent plus fragiles. L’extrudeur bi-vis co-rotatives est doté d’éléments de malaxage et d’éléments de vis à pas inverse appelés « contrefilets » (KOKINI, 1993), qui fournissent donc un meilleur mélange et ont un effet positif sur le degré d’expansion (CHOUDHURY et GAUTAM, 1998). Dans tous les cas, les échan- tillons les plus durs sont obtenus avec l’extrudeur mono-vis. Pour l’extrudeur bi-vis, les produits les plus durs sont obtenus en présence de lécithine de soja.

Ceci peut être expliqué en considérant que la présence de cet émulsifiant réduit l’absorption d’eau dans le mélange (ILO et al., 1996). Les échantillons obtenus en présence de mono- et diglycérides présentent une force de rupture plus petite. Les résultats relatifs à la force de rupture sont en concordance avec ceux du water solubility index (WSI). En effet, on observe (figure 6) des valeurs plus élevées du WSI pour les produits réalisés avec l’extrudeur bi-vis et plus petites pour les échantillons obtenus avec la lécithine, réalisés dans les deux types d’extrudeur.

On a effectué une analyse d’image de la section transversale des échantillons réalisés avec les deux types d’extrudeur (figure 7). On observe la compacité des

0 5 10 15 20 25 30

WSI

Mono-vis Bi-vis

Figure 6

WSI des produits obtenus dans les extrudeurs mono-vis et bi-vis.

WSI of products obtained by single and twin extruder.

(14)

produits obtenus avec l’extrudeur mono-vis. Par contre, les snacks réalisés avec l’extrudeur bi-vis présentent une meilleure structuration et une porosité de 23 % (0 % émulsionnant), 10 % (0,2 % mono- et diglycérides), 8 % (0,2 % lécithine).

Les snacks obtenus avec mono- et diglycérides sont caractérisés par une micro- porosité. On remarque une bonne corrélation entre les résultats relatifs à l’analyse d’image, à la force de rupture et au WSI.

4 – CONCLUSION

Le principal résultat de cette étude est qu’une farine grasse ne peut être extrudée, sans perte d’huile, qu’en utilisant des additifs qui permettent la formation d’une émulsion de type huile/eau, en favorisant, ainsi, une protection de la fraction lipidique. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec la lécithine de soja, par comparaison aux mono- et diglycérides d’acides gras.

D’autre part, l’extrusion de ces types de mélange est facilitée dans un extrudeur bi-vis. Ce type de machine, en effet, comporte une compression plus faible de la matière et un meilleur mélange des ingrédients, ce qui favorise une meilleure formation de l’émulsion. Ceci est un élément déterminant pour la réduction de la perte d’huile.

Les résultats de cette étude ouvrent la voie à la recherche d’application du procédé d’extrusion à une large gamme de produits à contenu énergétique et nutritionnel contrôlé. Ceci est très important pour l’élaboration d’une alimentation

Produits obtenus dans un extrudeur mono-vis

Produits obtenus dans un extrudeur bi-vis

0 % Émulsifiant 0,2 % Mono- et diglycérides d’acides gras

0,2 % Lécithine de soja

Figure 7

Analyse d’image des produits obtenus dans les extrudeurs mono- et bi-vis.

Image analysis of products obtained by single and twin extruder.

(15)

de qualité dans les Pays en voie de développement dans lesquels l’apport nutritionnel devient essentiel, avec la mise en œuvre de procédés de transformation à moindre coût. L’application du procédé étudié dans ce travail pourrait s’étendre à des mélanges avec des farines grasses de production locale (farine de coco, cacahuètes, etc.).

On a, d’autre part, montré que les produits les plus expansés sont ceux obtenus avec l’extrudeur bi-vis. Cette machine est bien adaptée pour l’extrusion des mélanges ayant une concentration importante en lipides. Toutefois, pour obtenir des snacks caractérisés par une structure légère et croquante (« crispness »), il est encore nécessaire d’optimiser les paramètres de procédé pour augmenter l’expansion du produit et donc pour améliorer sa structure.

REMERCIEMENTS

Les auteurs remercient la MAFIN S.p.A. de Galliera Veneta (Italie) pour son aide et Monsieur Eraldo Guidolin pour ses conseils.

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