Study of pulsed electric fields (PEF) assisted inulin extraction from chicory root and chicory juice purification

par Zhenzhou Zhu

Thèse de doctorat en Génie des Procédés Industriels et Développement Durable

Sous la direction de Olivier Bals et de Luhui Ding.

Soutenue le 10-03-2014

à Compiègne , dans le cadre de École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne) .

  • Titre traduit

    L'extraction de l'inuline assistée par champs électriques pulsés : purification des jus de chicorées par filtration


  • Résumé

    Le procédé industriel d’extraction d'inuline consiste en une diffusion de longue durée et à température élevée. Ce procédé induit l’extraction des sucres mais également des impuretés. Les étapes de purification de jus deviennent alors plus complexes. Pour pallier à ces problèmes, il est essentiel de réduire la température de diffusion pour limiter l’extraction des impuretés. Récemment, la technique de champs électriques pulsés (CEP) a démonté ses avantages dans le domaine sucrier et également dans d’autres applications agro-alimentaires. L’objectif de ce travail de thèse est de d’optimiser et valider la faisabilité de cette techniques dans le cas de la chicorée. Une purification par filtration dynamique est envisagée et proposée pour remplacer la purification classique. Les résultats de l’extraction montrent qu’il est possible d’intensifier l’extraction de l’inuline par application de CEP. Le prétraitement des cossettes de chicorées à 600 V/cm et 50 ms, réduit de 20°C la température de diffusion (60°C au lieu de 80°C actuellement). Une économie d’énergie importante est réalisée (gain 90 kJ/kg chicory juice). La combinaison innovante d’un prétraitement électrique et un traitement thermique (chauffage ohmique) provoque une perméabilisation importante des cellules et permet de réaliser des diffusions « à froid ». Les analyses qualitatives de jus de diffusion classique et jus CEP montrent que la pureté des extraits CEP est plus élevée (87.2% vs 86.7%). Les essais de filtration sur membrane montrent que les performances de la filtration (pureté, flux, colmatage,…) dépendent énormément de l’origine de l’extrait. Le jus CEP contient moins d’impureté que le jus thermique, est donc plus facile à filtré. Cependant, col matage de membrane restent dans les deux cas important. Un module de filtration dynamique avec disque rotatif a été utilisé pour améliorer les performances de la filtration. Ce module a permit de réduire le colmatage des membranes, améliorer la pureté des extraits et atteindre des facteurs de réduction volumique important (10).


  • Résumé

    Industrial inulin extraction requires high temperature and long duration to ensure inulin productivity. In addition complex steps are necessary to purify extracted chicory juice and to obtain inulin with desirable purity. In order to avoid the extracting of inulin at high temperature, to obtain chicory juice with better quality and to purify chicory juice with more simple operation, pulsed electric fields (PEF) and membrane filtration were applied to this study : PEF was used to intensify inulin extraction from chicory roots. By pre-treatment of chicory slices at 600 V/cm, diffusion temperature at pilot scale can be decreased to 60oC from about 80oC (industrial extraction condition) to obtain comparable juice inulin concentration. Moreover, this moderate temperature diffusion brought out interesting energy savings compared to that of conventional diffusion. For the goal of extracting inulin at “cold” condition (for example 30oC) PEF induced combined electroporation/ohmic heating pretreatment was applied for chicory tissue denaturation. Better solute extraction was observed after effective damage of chicory tissue diffusivity.Juice extracted from PEF assisted diffusion (PEF juice) was confirmed had higher inulin purity and less impurity in comparison to juice from conventional thermal diffusion process. The juice was purified by membrane filtration in order to investigate a simple chicory juice purification method. Since it contains less impurity, dead-end filtration performance of PEF juice was significantly improved, with less membrane fouling and higher inulin purity in filtrate. However, permeate flux of membrane filtration was seriously restricted by the membrane fouling. In order to improve filtration flux, rotating disk module was introduced in this study for clarification and purification of chicory juice. Elevated shear rate of rotating disk (1500–2000 rpm) could effectively control or even eliminate membrane fouling and lead to satisfying carbohydrate transmission (98%) and desirable permeate flux even at high volume reduction ratio (10). In view of energy saving, optimization of RDM assisted chicory juice filtration was carried out and yielded optimal operation conditions to maximize average flux and minimize specific energy consumption.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Technologie de Compiègne. Service Commun de la Documentation.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.