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RÉSUMÉ
Les produits alimentaires liquides ou pâteux sont souvent des « dispersions », c'est-à-dire des produits composés d'une ou plusieurs phases dispersées (phases dites discontinues) au sein d'une phase dispersante (phase dite continue). L'homogénéisation à haute pression, qui consiste à projeter un produit liquide ou pâteux sous forte pression (30 à 1 000 bar), permet de stabiliser le résultat de la dispersion afin de limiter le phénomène de séparation. L'article présente en détail les principes de cette méthode, ainsi que les éléments constitutifs d'un homogénéisateur. D'autres aspects, comme les incidences du traitement sur la qualité du produit ou les technologies alternatives sont également abordés.
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Sébastien ROUSTEL : Ingénieur du Génie Rural, des Eaux et de la Forêt – Ministère de l'agriculture
INTRODUCTION
Présentée pour la première fois en 1900 à l'exposition Universelle de Paris par Auguste Gaulin, l'homogénéisation à haute pression était alors décrite comme une opération permettant de « fixer la composition des liquides », avec des applications notamment dans le secteur de l'industrie laitière. La machine était alors centrée autour d'un clapet de détente fabriqué en agate où le produit était laminé sous une pression de l'ordre de 100 bar. L'homogénéisation à haute pression permet entre autres, par la réduction de la taille des éléments dispersés de réduire le phénomène de crémage mais aussi, selon les conditions opératoires, de limiter le phénomène de coalescence.
Depuis, l'opération d'homogénéisation est devenue une étape de process très fréquente dans le secteur des produits liquides ou pâteux alimentaires. Sa principale fonction est de participer à la stabilisation des émulsions grasses afin de limiter le phénomène de séparation. Elle permet en effet d'obtenir de faibles granulométries au sein d'une émulsion ou d'une dispersion de solides dans une phase liquide.
Actuellement, il se vend environ 50 homogénéisateurs à haute pression en France par an pour le marché local et l'implantation à l'export par des assembleurs. Les secteurs applicatifs sont approximativement :
-
applications laitières : 15 ;
-
autres applications alimentaires : 15 ;
-
applications cosmétiques : 5 ;
-
applications pharmaceutiques : 5 ;
-
applications biotechnologiques : 5 ;
-
applications dans le secteur de la chimie : 5.
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2. Principes
L'homogénéisation résulte de la détente d'un débit continu de liquide à travers une tête d'homogénéisation dont la forme génère certains phénomènes permettant une modification du système dispersé. Une tête d'homogénéisation comporte trois parties : le siège, le clapet et l'anneau de choc (figure 2) et (figure 3).
Le produit à homogénéiser, après être entré le long de l'axe du siège est rejeté radicalement à angle droit et est laminé dans l'étroite lumière qui sépare le siège et le clapet (le clapet est décollé de son siège en raison de la pression du produit). Il est alors projeté à une vitesse de l'ordre de 100 à 400 m · s–1 sur l'anneau de choc avant d'être refoulé à l'extérieur. La contre-pression qui est créée par la lumière du clapet est maintenue, soit par un ressort puissant disposé à l'arrière du clapet, soit par un dispositif hydraulique. Compte tenu que l'action prend place dans un volume très restreint, le temps de séjour du produit dans la tête est très court : 3 × 10–6 s environ.
Durant ce laps de temps, l'énergie délivrée par la pompe haute pression est convertie en énergie cinétique. Une part de cette énergie est reconvertie en pression à la sortie de la tête d'homogénéisation et une autre partie est convertie en chaleur. Chaque tranche de 40 bar de pression conduit à une élévation de la température d'environ 1 oC, selon l'équation suivante :
avec :
- Ts :
- (oC) température de sortie du produit,
- P1 :
- (bar) pression d'homogénéisation,
- Ps :
- (bar)...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DE ROECK (A.), SILA (D.N.), DUVETTER (T.), VAN LOEY (A.), HENDRICKX (M.) - Effect of high pressure/high temperature processing on cell wall pectic substances in relation to firmness of carrot tissue. - Fodd Chem., 107, p. 1225-1235 (2008).
-
(2) - GEKKO (K.) - Effects of pressure on the sol-gel transition of food macromolecules. - Dans High Pressure and Biotechnology, INSERM/John Libbey Eurotexte Ltd., 224, p. 105-114, (1992).
-
(3) - GRAVLUND (K.) - Homogenization. - North European Dairy Journal, no 9/84, p. 212-220.
-
(4) - HARTMANN (M.), SOMMER (K.) - A new chamber for the in situ observation of size, shape and structure of microscopic particles, cell materials and microorganisms under high pressure. - Conférence présentée à ICEF 9, Montpellier (2004).
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(5) - KOLAKOWSKI (P.), DUMAY (E.), CHEFTEL (J.C.) - Effects of high pressure and low temperature on β-lactoglobuline unfolding and aggregation. - Food hydrocolloids, 15, p. 215-232 (2001).
-
...
• Alfa Laval (BERTOLI)
• APV (RANNIE)
• GEA – SOAVI
• TETRA PAK
• BOSCH (Licence GAULIN avec essentiellement du service après vente sur base installée)
• FBF (Italie). Comme Bertoli société créée par des transfuges de SOAVI (pas d'usinage uniquement assemblage de composants)
HAUT DE PAGE
• Tetra Pak, Dairy Processing Handbook
• Documentation technique d'Alfa Laval
• Documentation technique d'APV : Homogénéisateurs APV Gaulin
• Documentation technique GEA
• Documentation technique Fryma
• Documentation technique Pierre Guérin
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