Cinétiques de déshydratation
Lyophilisation

F3240 v1 Article de référence

Cinétiques de déshydratation
Lyophilisation

Auteur(s) : Michèle MARIN, Frédéric RENÉ

Date de publication : 10 mars 2000 | Read in English

Cet article est réservé aux abonnés

Pour explorer cet article plus en profondeur Consulter l'extrait gratuit

Déjà abonné ?Se connecter

Sommaire
Médias

Présentation

1 - Principes physiques

1.1 - Diagramme de changement de phase de l’eau pure
1.2 - Cas des mélanges complexes

2 - Techniques industrielles et en développement

2.1 - Lyophilisation sous vide
2.2 - Lyophilisation avec adsorbants

3 - Cinétiques de déshydratation

3.1 - Transferts de chaleur
3.2 - Transferts de matière
3.3 - Modélisation de la cinétique de déshydratation
3.4 - Influence des conditions opératoires

4 - Conduite du procédé de lyophilisation

4.1 - La qualité des produits
4.2 - Méthodes de suivi de la lyophilisation
4.3 - Eléments d’analyse économique du procédé

Bibliographie & annexes

Présentation

Auteur(s)

Michèle MARIN : Professeur à l’Institut national agronomique Paris-Grignon (INA PG)
Frédéric RENÉ : Responsable du service Innovation technologique et process du groupe DANONE

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

INTRODUCTION

La lyophilisation, appelée autrefois cryodessication, est une opération de déshydratation à basse température qui consiste à éliminer par sublimation, la majeure partie de l’eau contenue dans un produit. Elle autorise une conservation à long terme grâce à l’abaissement de l’activité de l’eau du produit.

En raison de ses particularités, la lyophilisation occupe cependant une place originale au regard des techniques de séchage. Elle permet d’obtenir des produits finaux de haute qualité. La forme et l’aspect des produits sont bien conservés, leur qualité aromatique est bien supérieure à celle des produits séchés. La transition du produit de l’état congelé à l’état déshydraté, en l’absence d’une forte proportion d’eau liquide, réduit les possibilités de développement des réactions d’altération. Un autre avantage technologique majeur de la lyophilisation repose sur la capacité du produit lyophilisé à se réhydrater instantanément.

Le développement de la lyophilisation dans les industries agroalimentaires est, en revanche, limité par son coût et demeure bien inférieur à celui du séchage. La faible productivité en lyophilisation est due au mode de fonctionnement sous vide, le plus souvent discontinu, qui se traduit par des durées de traitement importantes (d’une dizaine d’heures à plusieurs jours). Les frais d’investissement et de fonctionnement sont également élevés (consommation énergétique de 1 500 à 2 500 kWh par tonne d’eau à éliminer).

En conséquence, la lyophilisation ne s’applique que pour des produits ayant une forte valeur ajoutée. Dans les industries alimentaires, on peut citer le café, les herbes et aromates, des plats cuisinés, ou encore les ingrédients (légumes, fruits, produits de la mer…) pour les soupes déshydratées instantanées, les préparations culinaires et les céréales pour petits déjeuners notamment. Les secteurs des industries pharmaceutiques (vaccins, sérum, médicaments) et des bio-industries (levains) sont beaucoup plus fortement concernés par le procédé de lyophilisation qui seul leur permet d’obtenir la propriété la plus caractéristique de la technique, à savoir la conservation d’un principe actif (activité biologique et/ou médicamenteuse) dans un produit qui sera stocké à température proche de l’ambiante.

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93 % à découvrir.

Pour explorer cet article Consulter l'extrait gratuit

Déjà abonné ? Se connecter

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-f3240

Lecture en cours
Présentation

Page
suivante

Conduite du procédé de lyophilisation

Article inclus dans l'offre

"Agroalimentaire"

(267 articles)

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques.

Des contenus enrichis

Quiz, médias, tableaux, formules, vidéos, etc.

Des modules pratiques

Opérationnels et didactiques, pour garantir l'acquisition des compétences transverses.

Des avantages inclus

Un ensemble de services exclusifs en complément des ressources.

Voir l'offre

3. Cinétiques de déshydratation

À l’instar des procédés de séchage, la lyophilisation est caractérisée par le couplage des transferts de chaleur et de matière, avec un changement d’état. La sublimation dans les produits alimentaires est couramment représentée par un front (de sublimation) qui se déplace de la surface libre du produit (soumise au vide) vers le cœur de l’échantillon (zone congelée). La matière sèche, répartie après congélation en un réseau interstitiel plus ou moins dispersé selon la taille des cristaux de glace, forme une couche superficielle poreuse contenant tout ou partie de l’eau non cristallisée.

La cinétique de lyophilisation sera illustrée dans le cas d’un transfert monodirectionnel au sein d’une plaque plane de surface A et d’épaisseur e. La position du front de sublimation est repérée par la distance x à partir de la surface supérieure du produit (figure 5).

3.1 Transferts de chaleur

HAUT DE PAGE

3.1.1 À l’intérieur du produit

Les transferts de chaleur internes s’effectuent essentiellement par conduction.

Au sein de la couche sèche

Les transferts thermiques par convection (faible pression) et par rayonnement (faible température) demeurent négligeables au regard du transfert de chaleur par conduction au sein de la couche sèche. Le flux de chaleur traversant la couche sèche peut être décrit simplement par la loi de Fourier :

$\frac{d Q}{d t} = \frac{A λ_{s} (T_{f} - T_{s})}{x}$

Le front de sublimation est à la température T _f à une distance x de la face supérieure. La conductivité thermique λ _s...