Partie I. Cadre et objectifs du travail.

Cadre et objectifs du travail.

Contribution à l’optimisation du séchage en lit fluidisé.

I.1

Partie I.

Cadre et objectifs du travail.

I.1. Cadre du travail.

Le point de départ de ce travail est l’étude du séchage par fluidisation de levures sélectionnées comme levures antagonistes pour leurs effets protecteurs des pommes et des poires vis-à-vis de maladies post-récolte telle que la pourriture grise qui est causée par un champignon, Botrytis Cinerea. Ces souches de levures proviennent de recherches effectuées par l’unité de Phytopathologie des Facultés Agronomiques de Gembloux. Ces biopesticides, produits par fermentation en bioréacteur, doivent être conditionnés. Ils sont donc séchés de manière à limiter leur dégradation et à faciliter leur transport et leur application ultérieure par l’arboriculteur.

Comparativement au séchage par lyophilisation, première technique de séchage utilisée dans le cadre de ce travail [Bioval, 1999-2002], la méthode de séchage par fluidisation s’est rapidement imposée, notamment par sa facilité de mise en œuvre, ses faibles coûts d’équipement et de fonctionnement, mais également en raison des premiers résultats encourageants quant à la viabilité des micro-organismes

.

L’intérêt de l’étude du séchage par fluidisation des levures dépasse le cadre restreint du séchage des deux souches de levures sélectionnées comme biopesticides. En effet, de nos jours les levures intéressent la plupart des grands secteurs de l’activité économique : chimie, pharmacie, alimentation, agriculture et environnement. L’engouement pour ces micro- organismes est dû à leur capacité de produire, en quantité importante, des métabolites et des enzymes d’un grand intérêt industriel. L’ensemble de ces activités engendre un chiffre d’affaire considérable.

1

Terme dépourvu de définition scientifique stricte, regroupe de nombreuses espèces disparates au plan

taxonomique, dont le seul facteur commun tient à la petitesse de leur taille.

Cadre et objectifs du travail.

Contribution à l’optimisation du séchage en lit fluidisé.

I.2

La levure de boulangerie, par sa facilité d’approvisionnement, son faible coût et la similitude de son comportement pendant le séchage par rapport aux souches identifiées comme biopesticides, a vite été révélée comme matériel de base pour ce travail. Cependant, bien que la production industrielle de ces levures sèches soit déjà d’actualité, la qualité du produit fini (viabilité, activité) n’est pas constante, elle peut varier d’une production à l’autre.

La production mondiale la plus importante de micro-organismes concerne d’ailleurs la levure de boulangerie. Au cours de la dernière décennie, sa production a atteint 2,5 millions de tonnes par an dans le monde [Loïez ,2003]. Elle génère un chiffre d’affaire annuel de 800 millions d’euros uniquement dans l’Union Européenne . Une grande partie de la production de levures de boulangerie se présente sous forme de pâte (levure pressée à 70% d’humidité), ce qui engendre d’énormes coûts de stockage et de transport en camions réfrigérants (nécessité de garder la pâte à une température de 4 à 7°C) ainsi qu’une durée de conservation limitée à 5 semaines avec les mêmes contraintes de température. Par contre, la levure sèche peut être stockée et transportée à température ambiante et conservée de 6 mois à 2 ans [Loïez ,2003]. Le séchage systématique de la levure de boulangerie permettrait donc de réduire les coûts de stockage et de transport et d’en augmenter la durée de conservation.

Malheureusement, l’activité fermentaire de la levure séchée par fluidisation varie d’une production à l’autre. Ce manque de reproductibilité conduit l’utilisation encore courante de la levure pressée dont l’activité fermentaire varie peu d’une production à l’autre. Une étude approfondie du mécanisme de séchage et des conditions favorisant l’obtention d’une matière sèche vivante et active s’impose donc. En effet, l’identification du ou des paramètres de séchage nuisant à la viabilité

des levures permettra d’éviter d’imposer à la levure des conditions de séchage qui conduisent inévitablement à une perte de viabilité.

2

Le lien entre viabilité et activité fermentaire sera explicité au cours de ce travail.

Cadre et objectifs du travail.

Contribution à l’optimisation du séchage en lit fluidisé.

I.3

I.2. Objectifs du travail.

Les objectifs de ce travail s’articulent autour de trois axes :

♦

l’obtention d’une levure sèche dont l’activité fermentaire est assurée,

♦

la détermination du ou des types d’eau présents dans les grains de levures hydratés,

♦

la mise au point d’un modèle mathématique permettant de simuler l’évolution de l’humidité et de la température de l’air de séchage, d’une part et de l’humidité de la levure durant l’opération de séchage, d’autre part .

La partie expérimentale concernant l’étude du séchage de levures en lit fluidisé va permettre de déterminer les conditions opératoires provoquant la perte de viabilité des levures pendant le séchage mais également de déterminer par quel modèle de réacteur le lit fluidisé pourra être modélisé. Le modèle mathématique développé permettra d’observer l’influence de modifications des conditions opératoires, telles que le pourcentage d’humidité du solide avant séchage ou l’augmentation de la température de l’air de séchage, sur la durée du séchage et la viabilité de la levure sans nécessiter de nouvelles expériences. Quant à la caractérisation expérimentale de l’eau dans les grains de levures, elle doit aider à comprendre les raisons de la perte de viabilité des levures durant le séchage pour certaines conditions opératoires mais aussi à orienter les hypothèses du modèle mathématique.

Caractérisation expérimentale de l’eau dans les

grains

Modélisation mathématique Partie

expérimentale

Conditions opératoires viabilité élevée activité élevée Expliquer

Prédire, compléter

Type de modèle

Forme

mathématique

Cadre et objectifs du travail.

Contribution à l’optimisation du séchage en lit fluidisé.

I.4

Le présent travail débute, partie II, par une présentation théorique de la levure de boulangerie, du séchage en tant que tel et des techniques employées pour le séchage de la levure de boulangerie. L’intérêt du séchage et les outils permettant son étude seront également évoqués.

Afin de mener à bien l’étude expérimentale, un dispositif de séchage en lit fluidisé instrumenté a été construit au laboratoire de Génie Chimique de l’ULB dans le cadre d’un financement de la Région Wallonne [Bioval, 1999-2002]. Il permet de suivre en continu les paramètres du séchage et de pratiquer des prélèvements de levures pendant celui-ci afin de déterminer l’évolution de la viabilité et celle de la matière sèche de la levure en cours d’opération. Ce dispositif est présenté dans la partie III de ce travail.

La partie IV décrit les résultats de l’étude expérimentale et tente de mettre en évidence des paramètres de séchage néfastes pour la levure de manière à établir un relevé des conditions opératoires appropriées pour l’obtention de levures sèches vivantes et actives.

Afin de comprendre l’influence des paramètres de séchage sur la viabilité de la levure, les liaisons eau-macromolécules ont été caractérisées à l’aide de deux techniques : la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (mesures réalisées au laboratoire de Matière condensée et Résonance magnétique de la Faculté des Sciences de l’ULB) et l’analyse calorimétrique différentielle (mesures effectuées au laboratoire de Technologies des industries agro-alimentaires de la Faculté des Sciences Agronomiques de Gembloux). Les résultats obtenus par ces deux techniques complètent l’analyse énergétique des courbes de séchage obtenues au laboratoire. La caractérisation expérimentale de l’eau dans les grains de levures constitue la partie V de ce travail.

La partie VI de ce travail présente les hypothèses et les équations à la base du modèle mathématique développé. Ce modèle permet, notamment, d’obtenir l’évolution temporelle de l’humidité des levures pendant le séchage, expérimentalement cette humidité ne peut en effet être obtenue que ponctuellement. Le modèle permet également d’observer l’impact de toute modification des conditions expérimentales sur la durée du séchage et la température dans le lit fluidisé.

La VII

partie de ce travail présente dans le cas de l’unité de séchage de la société Gelka, productrice notamment de levures sèches actives, les apports des parties expérimentales et de modélisation sur la production industrielle de levures sèches actives.

La dernière partie sera consacrée aux conclusions faites sur les types d’eau présents dans la

levure et les conditions de séchage des levures permettant une viabilité élevée en fin

d’opération. Ce travail est clôturé par la présentation des perspectives ouvertes par la présente

étude en vue de produire de la levure sèche à activité fermentaire élevée.