Mise en oeuvre de champs électriques pulsés pour la conception d'un procédé de diffusion à froid à partir de betteraves à sucre et d'autres tubercules alimentaires (étude multi-échelle)

par Kseniia Loginova

Thèse de doctorat en Génie des procédés industriels et développement durable

Sous la direction de Eugène Vorobiev et de Nikolaï I. Lebovka.

Soutenue en 2011

à Compiègne en cotutelle avec l'Institut de chimie biocolloïdale de l'Académie des Sciences d' Ukraine .


  • Résumé

    Ce travail de thèse contribue à l'étude de l'extraction à froid des biomolécules couplée aux champs électriques pulsés (CEP). L'extraction a été réalisée à partir de betteraves à sucre, de chicorées et de betteraves rouges à l'échelle laboratoire et pilote. Les résultats obtenus à l'échelle de laboratoire, présentés dans la première partie de la thèse, montrent les avantages des CEP pour extraire « à froid » ou à des températures dites « douces » (ou modérées) les biocomposés des végétaux étudiés (inuline, bétalaïnes). Le traitement par CEP des tissus de chicorée (E = 100-600 V/cm) et de betterave rouge (E = 350-1500 V/cm) renforce la perméabilisation des membranes cellulaires. Il existe un effet synergique des traitements thermiques et électriques. Cet effet est d'autant plus marquant que les champs électriques sont faibles. Généralement, un traitement plus court du tissu végétal permet de diminuer la consommation d'énergie, même lors de l'application de CEP de plus haute intensité. Les CEP accélèrent significativement l’extraction en phase aqueuse même aux températures relativement basses (T = 20–40 °C) et permettent de réduire simultanément le temps d'extraction et d'augmenter le rendement en composés d'intérêt. Dans la deuxième partie de cette thèse, l'étude réalisée sur un diffuseur pilote à contrecourant confirme la faisabilité du procédé d'extraction à « froid » du saccharose à partir des betteraves à sucre. La température de diffusion peut être réduite jusqu'à 30 °C sans aucune altération de la qualité du jus extrait. Les pulpes étaient correctement épuisées en sucre à toutes les températures d'extraction pour les cossettes traitées par CEP. La pureté du jus obtenu à 30 °C est proche de celle du jus obtenu à 70 °C. La siccité des pulpes après pressage est 2 fois plus élevée pour les pulpes obtenues à 30 °C (environ 30%) que pour celles obtenues à 70 °C (environ 15%). En outre, pour l'extraction à 50-60 °C la durée d'extraction peut être réduite de 70 min à 50-60 min, grâce à l'application des CEP. L'extraction à froid (30 °C) couplée aux CEP permet d'obtenir des extraits à faible teneur en impuretés (pectines, protéines, etc. ), moins colorés et de meilleure filtrabilité. En outre, le prétraitement électrique a un effet positif sur le procédé d'épuration calco-carbonique du jus, permettant de diminuer (d'environ 2 fois) la quantité de chaux mise en oeuvre.

  • Titre traduit

    Implementation of pulsed electric fields for developement of the process of cold diffusion from sugar beets and other root crops (multi-scale study)


  • Résumé

    This thesis work contributes into the investigation of cold extraction of biomolecules assisted by pulsed electric fields (PEF). Laboratory and pilot scale extraction from sugar beets, chicories and red beets was realized. The results obtained in the laboratory scale are presented in the first part of the thesis. They show advantages of PEF application for "cold" or "mild" (moderate) temperature extraction of biocompounds (inulin, betalains) from the studied plants. The PEF treatment of chicory (E = 100-600 V/cm) and red beet (E = 350-1500 V/cm) tissues enhances permeabilisation of cellular membranes. There is a synergistic effect between thermal and electrical treatments. This effect is more pronounced at small electric field strength. Generally, a shorter treatment of plant tissue permits decrease of energy consumption, even during high intensity PEF application. PEF accelerates significantly aqueous extraction even at relatively low temperatures (T = 20-40 °C) and allows simultaneous reduction of the extraction time and increase of the yield of desired compounds. In the second part of this thesis, the study on the counter-current extractor confirms the feasibility of "cold" sucrose extraction from sugar beets. The temperature of diffusion can be reduced to 30 °C without any alteration of extracted juice quality. Pulps were sufficiently exhausted at all the studied diffusion temperatures for PEF pre-treated cossettes. The purity of juice obtained at 30 °C was close to that of juice obtained at 70 °C. The pulp dryness after pressing was 2 times higher for the pulps obtained at 30 °C (about 30%) than for those obtained at 70 °C (about 15%). Besides, extraction at 50–60 °C made possible decrease of extraction time from 70 to 50–60 min. Thanks to PEF application. Cold extraction (30 °C) assisted by PEF allows production of extracts with low content of impurities (pectins, proteins, etc. ), less coloured and with better filterability. Besides, electrical pre-treatment has a positive influence on juice purification (lime-carbon dioxide treatment), as far as it permits decreasing of the quantity of lime required for purification by about 2 times.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (219 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 176 réf.

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  • Bibliothèque : Université de Technologie de Compiègne. Service Commun de la Documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2011 LOG 1943
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