Amélioration de l'extraction aqueuse de solutés des produits végétaux par champ électrique pulsé

Enhancement of solute aqueuse extraction from vegetable tissues by pulsed electric field

• Auteur / Autrice : Kamal El-Belghiti
• Direction : Eugène Vorobiev
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés industriels
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Compiègne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Haute tension

Décharges électriques

Membrane cellulaire

Champs électriques

Électroporation

Extraction (chimie)

Mots clés libres

Champ électrique pulsé

Résumé

Ce travail de thèse traite du développement d'un procédé d'extraction aqueuse de solutés des produits végétaux, couplée à un champ électrique pulsé modéré (CEPM). Il vise à améliorer le rendement en solutés et la cinétique de leur extraction. L'effet des paramètres du CEPM (intensité et nombre d'impulsions), de l'agitation au cours d'extraction, de la forme et la taille des particules, de la température de la solution et d'un champ centrifuge, a été étudié. L'essentiel de l'étude expérimentale de ce procédé a été mené sur des betteraves à sucre et des carottes sous forme de disques et de cossettes traités par CEPM de différentes intensités (200-1200 V/cm) et différents nombres d'impulsions (50-1000) d'une durée de 100 ilS. L'extraction aqueuse a été réalisée à température variable (20-50°C), sous agitation variable (0-750 tr/min) et en présence d'accélération centrifuge variable (0-9660xg). Après la mise en place d'une méthodologie expérimentale, nous avons montré que le CEPM augmente le rendement en solutés en fin d'extraction et que l'agitation, le chauffage modéré et le champ centrifuge accélèrent la cinétique de cette dernière, tandis que la réduction de la taille des particules augmente le rendement et accélère la cinétique. Une optimisation des paramètres du CEPM et d'extraction, nous a permis d'atteindre un rendement en solutés maximal (95%) avec une consommation d'énergie électrique de 6-7 et 9 kJ/kg respectivement pour les betteraves et les carottes. Par ailleurs, la combinaison du procédé avec le chauffage modéré et/ou le champ centrifuge nous a permis de réduire de 2 à 4 fois le temps d'extraction. La cinétique d'extraction aqueuse a été décrite par un modèle bi-exponentiel mettant en évidence deux étapes d'extraction : un lessivage rapide, ne pouvant pas être pris en compte par la loi de Fick, et une diffusion lente. Le CEPM a montré une inefficacité vis à vis des produits végétaux séchés (feuilles de thé noir et racines de Datura Innoxia). Dans ce cas, un traitement par décharges électriques à haute tension (DEHT) (40 kV) a permis d'accélérer l'extraction de solutés de ces produits.

The work presented in this thesis deals with the development of a process of aqueous extraction of solute from vegetable products coupled to a moderate pulsed electric field (MPEF). It aims at the improvement of yield of solute and the extraction kinetics. The effect of MPEF parameters (intensity and number of pulses), agitation during extraction, shape and size of particles, solution temperature and centrifugaI field, has been studied. The main experimental work was carried out with samples of sugar beet and carrot, in form of disk and gratings, treated by MPEF of different intensities (200-1200 V/cm) and different numbers of pulses (50-1000) of 100 ilS. Aqueous extraction was carried out at various temperatures (20-50°C), under various agitation speeds (0-750 rpm) and centrifugaI accelerations (09660xg). After the development of an experimental methodology, we observed that the MPEF increases the final yield of solute. The agitation of solution, the moderate heating and the centrifugaI field accelerate the extraction kinetics. The reduction ofparticles size increases the yield of solute and accelerates the extraction kinetics. An optimisation ofboth MPEF and extraction parameters allowed to reach a maximal yield of solute (95%) under an electrical energy consumption of 6-7 and 9 kJ/kg for sugar beets and carrots, respectively. On the other hand, the combination of the process with moderate heating and/or centrifugaI field permitted to reduce from 2 to 4 times the extraction duration. . The aqueous extraction kinetics was described by a bi-exponential model involving two simultaneous processes: rapid washing, which cannot be taken into account by Fick's law, and slow diffusion. The MPEF has shown an inefficiency with dry vegetable products (Ieaves of black tea and roots of Datura Innoxia). A treatment by electric discharges of high tension (EDHT) (40 kV) allowed the acceleration of extraction from such products.