Concentration en alimentation et boissons
La concentration alimentaire consiste à éliminer une partie du solvant des aliments liquides pour améliorer leur production, leur conservation et leur transport. Elle peut être classée en deux catégories : la concentration par évaporation et la concentration par congélation.
Concentration par évaporation
L'évaporation repose sur les différences de volatilité entre le soluté et le solvant. Lorsque la volatilité du soluté dans la solution est faible et celle du solvant manifeste, celui-ci est vaporisé par chauffage pour concentrer la solution. La solution alimentaire à concentrer est placée dans un évaporateur et chauffée par une source de chaleur externe. Lorsque la température augmente, le solvant (l'eau) de la solution se transforme en vapeur, car son point d'ébullition est relativement bas et il est facile à vaporiser.
Lors du processus d'évaporation, la vapeur de solvant s'échappe en continu, tandis que le soluté (tel que le sucre, les protéines, les minéraux, les vitamines, les pigments et autres composants non volatils ou difficilement volatils) reste dans la solution restante en raison de son point d'ébullition plus élevé et de sa volatilité plus faible. La vapeur de solvant évaporée est ensuite récupérée et refroidie dans un condenseur pour la reconvertir en liquide. Ce procédé permet de récupérer de l'énergie et de réduire la consommation d'énergie. L'eau condensée peut être recyclée ou rejetée.
La solution initiale est concentrée en un volume plus petit après évaporation et condensation, à mesure que la concentration en soluté augmente. La solution alimentaire concentrée peut être utilisée pour des transformations ultérieures, telles que le séchage, la fabrication de bonbons, de confitures, de jus, ou comme matière première intermédiaire pour la production alimentaire.
Les systèmes d'évaporation et de concentration multi-étages ou multi-effets sont souvent utilisés dans la production industrielle. Selon les besoins spécifiques des procédés de production, la concentration des aliments doit être mesurée avec précision et en temps réel afin de garantir une qualité stable du produit et d'améliorer l'efficacité de la concentration.Lonnmeter, un fournisseur de compteurs de concentration en ligne, pour en savoir pluscompteur de concentration en lignesolutions.
Principales caractéristiques de l'évaporation et de la concentration
La température et la durée de chauffage doivent être prises en compte lors de l'évaporation des aliments et des boissons. Une température basse et une durée courte visent principalement à garantir la qualité optimale des aliments, tandis qu'une température élevée et une durée courte visent principalement à améliorer l'efficacité de la production.
Un chauffage excessif peut entraîner la dégénérescence, la carbonisation et l'agglomération des protéines, des sucres et de la pectine. Le matériau traité en contact étroit avec la surface de transfert thermique est sujet à l'entartrage à des températures plus élevées que la température ambiante. Une fois formé, l'entartrage affecte gravement l'efficacité du transfert thermique et peut même poser des problèmes de sécurité. Une solution efficace pour résoudre le problème d'entartrage consiste à augmenter la vitesse du liquide. L'expérience a montré qu'une telle augmentation peut réduire considérablement la formation de tartre. De plus, des méthodes antitartre électromagnétiques et chimiques peuvent être utilisées pour prévenir l'entartrage potentiel.
Viscosité
De nombreux aliments sont riches en protéines, sucres, pectines et autres ingrédients à viscosité élevée. Lors de l'évaporation, la viscosité de la solution augmente avec la concentration, tandis que la fluidité diminue, ce qui entrave considérablement la conduction thermique. Par conséquent, pour l'évaporation des produits visqueux, on utilise généralement des méthodes de circulation ou d'agitation forcée par une force externe.
Capacité à mousser
Les aliments riches en protéines présentent une tension superficielle plus élevée. Lors de l'évaporation et de l'ébullition, des mousses de plus en plus stables se forment, ce qui entraîne facilement l'entrée du liquide dans le condenseur avec la vapeur, entraînant sa perte. La formation de mousse est liée à la tension interfaciale. Cette tension interfaciale se produit entre la vapeur, le liquide surchauffé et les solides en suspension, et les solides jouent un rôle essentiel dans la formation de la mousse. En général, des tensioactifs peuvent être utilisés pour contrôler la formation de mousse, et divers dispositifs mécaniques peuvent également être utilisés pour l'éliminer.
Corrosivité
Certains aliments acides, comme les jus de légumes et de fruits, sont sujets à la corrosion de l'évaporateur lors de l'évaporation et de la concentration. Pour les aliments, même une légère corrosion entraîne souvent une contamination rendant le produit non conforme. Par conséquent, l'évaporateur utilisé pour les aliments acides doit être fabriqué avec des matériaux résistants à la corrosion et thermoconducteurs, et sa structure doit être facile à remplacer. Par exemple, pour la concentration d'une solution d'acide citrique, on peut utiliser des tubes chauffants en graphite imperméables ou des évaporateurs sandwich en émail résistant aux acides.
Composants volatils : de nombreux aliments liquides contiennent des arômes et des saveurs plus volatils que l'eau. Lors de l'évaporation du liquide, ces composants s'échappent avec la vapeur, affectant la qualité du produit concentré. Bien que la concentration à basse température puisse réduire la perte d'arômes, une méthode plus efficace consiste à les récupérer et à les incorporer au produit après récupération.
Concentration de congélation
Les matières premières alimentaires liquides (comme les jus, les produits laitiers ou autres solutions contenant une grande quantité d'eau) sont refroidies à basse température. Lorsque la température descend en dessous du point de congélation, les molécules d'eau de la solution précipitent sous forme de cristaux de glace. En effet, l'eau atteint l'équilibre solide-liquide à une température et une pression spécifiques. En dessous de cette température, l'excès d'eau libre gèle en premier, tandis que les solutés (tels que les sucres, les acides organiques, les pigments, les arômes, etc.) sont plus difficiles à congeler avec l'eau en raison de leur solubilité différente, mais restent dans le concentré non congelé.
Séparation des cristaux de glace
Les cristaux de glace formés sont séparés du concentré par centrifugation, filtration ou autre méthode physique. Ce procédé n'implique pas l'évaporation des solutés, ce qui permet d'éviter efficacement la dégradation des ingrédients thermosensibles et la perte d'arôme. Le concentré obtenu après séparation des cristaux de glace est le produit de concentration congelé, dont la concentration en solutés est nettement supérieure à celle de la solution d'origine, tout en préservant au maximum la couleur, le goût, la valeur nutritionnelle et la saveur d'origine de l'aliment.
Contrôle des conditions de gel
Lors du processus de concentration par congélation, des facteurs tels que la vitesse, la température et la durée de congélation doivent être contrôlés avec précision afin d'optimiser la taille, la morphologie et la séparation des cristaux de glace du concentré et de garantir la qualité du produit final. La technologie de concentration par congélation est particulièrement adaptée aux aliments et boissons thermosensibles, tels que les jus de fruits et légumes frais, les produits biologiques, les produits pharmaceutiques et les condiments haut de gamme. Elle permet de maximiser la qualité naturelle des matières premières et présente des caractéristiques d'économie d'énergie et de rendement élevé. Cependant, cette méthode présente certaines limites. Par exemple, le processus de concentration ne peut pas être efficacement stérilisé et peut nécessiter un traitement de stérilisation supplémentaire. De plus, pour certaines solutions à forte viscosité ou contenant des ingrédients spéciaux, la séparation des cristaux de glace du concentré peut être plus difficile, ce qui entraîne une réduction de l'efficacité de la concentration et une augmentation des coûts.
Date de publication : 13 février 2025
