Soutenance mémoire
La production du bissap (Hibiscus sabdariffa) au Sénégal
Application des procédés baromembranaires
Les procédés baromembranaires sont utilisés dans plusieurs opérations unitaires : clarification, standardisation, dépollution, purification, concentration, adoucissement, séparation et déminéralisation. Elles sont utilisées dans presque tous les secteurs d’activités (Tableau 5). Les grands marchés sont actuellement l’industrie agro-alimentaire, la pharmacie, les biotechnologies et le traitement de l’eau. Le traitement des effluents et des eaux usées, en particulier par bioréacteur à membrane est en pleine expansion. La chimie et les industries de traitement de surface sont également utilisateurs de ces techniques. En agroalimentaire, l’utilisation des procédés baromembranaires est relativement récente mais se développe de plus en plus (Tableau 6) Les applications de la microfiltration tangentielle et de l’ultrafiltration sont beaucoup plus anciennes et nombreuses que celles de la nanofiltration
Microfiltration tangentielle des jus de fruits
La microfiltration tangentielle (MFT) des jus pulpeux présente un intérêt croissant depuis quelques années du fait de l’amélioration des performances et de la diminution des coûts d’investissement et de remplacement des membranes. Dans le domaine de la transformation des jus de fruit, la MFT peut être utilisée soit pour obtenir des jus clarifiés sans pulpe soit pour produire des jus stabilisés du point de vue microbiologique sans qu’il soit nécessaire de réaliser postérieurement un traitement thermique de pasteurisation du perméat.
Définition et principe
La microfiltration tangentielle est un procédé baromembranaire de séparation solide-liquide qui met en œuvre des membranes dont les diamètres de pores sont compris entre 100 et 5000 nm (34). Dans le cas des jus de fruits, ce procédé permet donc la rétention des particules en suspension et des bactéries.
Intérêts de la microfiltration tangentielle
La séparation à partir d’un jus de fruit pulpeux, des solides insolubles en suspension et du sérum peut s’effectuer à l’aide de différentes techniques dont les procédés physiques comme la centrifugation, la décantation, la filtration frontale puis les traitements enzymatiques, généralement en combinaison avec les procédés physiques. Néanmoins, pour les fluides chargés, les techniques en flux tangentielle sur membrane se sont imposées ces dernières années dans l’industrie des jus de fruit pour clarifier, stabiliser les jus de fruits ou produire de nouveaux produits avec diverses applications. Le tableau 7 donne des exemples d’application de la microfiltration tangentielle dans le domaine des jus de fruits.
La microfiltration tangentielle a été utilisée pour clarifier les jus de fruits notamment les jus de pomme (49) de raisin (50), d’ananas, de mandarine, de mûre de Castille, de jus de fruit de la passion (51), de poire et d’agrumes (52), de jus d’orange (6) etc. Elle est également utilisée pour la clarification de nectars et boissons alcoolisées ou non produits à partir de fruits et céréales. C’est le cas par exemple, du tamarin (53), du nectar du fruit du baobab (54), du nectar de mangue (51), du sirop de maïs (44), du vin de riz (38), de la bière sans alcool (36).
Depuis quelques années, la microfiltration tangentielle est utilisée pour stabiliser à froid les produits thermosensibles ou contenant des molécules actives. Elle est ainsi mise en œuvre pour stabiliser les jus de raisin en protégeant les composés phénoliques, (55), les jus d’ananas en préservant les composés aromatiques (56, 57), le jus d’acérole très riche en vitamine C (58). Les jus clarifiés obtenus pourront être utilisés en tant que tels ou dans différents produits tels les cocktails de jus clarifiés, les liqueurs alcoolisés, les boissons gazeuses, les eaux minérales aromatisées (43). La clarification peut également faciliter les procédés qui interviennent plus en aval telles la concentration, la désacidification par électrodialyse ou l’extraction de micronutriments (6, 7, 59).
La microfiltration tangentielle, alternative intéressante à la décantation avec adjuvants de filtration, permet de raccourcir considérablement la durée des opérations et de limiter les temps de séjour en cuve, grâce à un fonctionnement en continu ou semi-continu. Pour un effet de clarification équivalent, la durée est de 2 à 3 h en MFT contre 25 h en moyenne pour le procédé par décantation (60). A ces avantages économiques (économie d’adjuvant de filtration, d’énergie, de matériel, de main d’œuvre) s’ajoutent des améliorations au niveau organoleptique, nutritionnel et microbiologique du produit (6, 7, 56). En microfiltration tangentielle, s’offre la possibilité de mieux maîtriser la taille des composés retenus en fonction du diamètre de pore utilisé (Tableau 8). Ainsi, la microfiltration, méthode de clarification, permet de retenir partiellement ou totalement, selon la taille des pores, les microorganismes, les agrégats protéiques, certains composés aromatiques liés à la fraction insoluble, etc. présents dans les fluides traités.
Les membranes en microfiltration
Le flux et la qualité du jus clarifié sont deux aspects essentiels pour le choix de la membrane à utiliser. Un flux élevé est nécessaire pour des raisons pratiques et économiques et la qualité du produit final doit au moins être égale à celle obtenue avec les procédés conventionnels de clarification. Les facteurs à considérer dans la sélection de la membrane sont : sa géométrie, son matériau et le diamètre des pores.
Géométrie et matériaux utilisés
Pour le traitement des jus de fruits pulpeux, pratiquement tous les types de membranes ont été utilisés : organiques et minérales, planes, tubulaires et fibres creuses (Tableau 7 et 8). La seule restriction est que, pour éviter de boucher l’espace inter-membranaire avec la pulpe, celui-ci doit être suffisamment important et être au moins supérieur à environ dix fois la taille des particules en suspension. Après un prétraitement intensif (tamisage, enzymage,centrifugation) qui permet de réduire la taille des particules solides insolubles en suspension, pratiquement toutes les configurations de membranes sont alors possibles.
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Table des matières
INTRODUCTION
SYNTHÈSE BIBLIOGRAPHIQUE
1-La production du bissap (Hibiscus sabdariffa) au Sénégal
2-Le Bissap (Hibiscus sabdariffa L.) : composition et principales utilisations
3-Extraction solide-liquide de molécules actives
3-1- Définition
3-2- Mécanismes de l’extraction solide-liquide
3-3- Cinétiques de l’extraction solide-liquide : cas d’une opération en batch
3-4- Facteurs influençant les performances de l’extraction solide-liquide
3-5- Performances de l’extraction solide-liquide
5-2- Rendement
5-3- Sélectivité
4-Les procédés baromembranaires
4-1- Généralités sur les procédés baromembranaires
4-2- Microfiltration tangentielle des jus de fruits
4-3- Ultrafiltration
4-4- Nanofiltration
5-L’évaporation osmotique
5-1- Principes fondamentaux
5-2- Variables du procédé
5-3- Intérêts et limites du procédé
5-4- Applications
MATERIEL ET METHODES
1- Matériel végétal et préparation des extraits
2- Caractérisation des calices, extraits et concentrés
2-1- Dosage de la vitamine C par chromatographie liquide haute performance (CLHP)
2-2- Dosage des polyphénols totaux
2-3- Dosage des anthocyanes totaux
2-4- Détermination du pouvoir antioxydant par la méthode ORAC
2-5- Dosage des acides organiques
2-6- Dosage des sucres
2-7- Analyses des éléments minéraux des calices d’Hibiscus sabdariffa
2-8- Détermination de la teneur en azote total
2-9- Détermination du matériel insoluble dans l’alcool
2-10- Analyses des composés d’arôme par SPME
2-11- Analyses microbiologiques
2-12- Analyses sensorielles
3- Optimisation de l’extraction des anthocyanes d’Hibiscus sabdariffa
3-1- Dispositif expérimental
3-2- Exploitation des résultats
3-3- Modélisation de l’extraction aqueuse des anthocyanes d’Hibiscus sabdariffa
4- Dégradation thermique et stabilité des anthocyanes d’Hibiscus sabdariffa
4-1- Dispositif expérimental
4-2- Exploitation des résultats
5- Conduite des essais en microfiltration tangentielle
5-1- Description des équipements
5-2- Modes de conduite des essais
5-3- Conduite de l’essai réalisé pour l’étude de la stabilité de l’extrait microfiltrè
6- Conduite des essais d’ultrafiltration et de nanofiltration
6-1-Description du pilote
6-2- Caractéristiques des membranes
6-3- Exploitation des résultats
7- Conduite de l’évaporation osmotique
7-1- Descriptif du pilote
7-2- Mise en régime et conduite du procédé
7-3- Mesure et régulation des paramètres du procédé
RESULTATS ET DISCUSSION
1- Caractérisation et stabilité des extraits anthocyaniques
1-1-Caractérisation des calices d’Hibiscus sabdariffa
1-2- Etude de la dégradation thermique des anthocyanes d’Hibiscus sabdariffa
1-3- Etude de la stabilité des anthocyanes d’Hibiscus sabdariffa
2- Optimisation de l’extraction aqueuse des anthocyanes d’Hibiscus sabdariffa
3- Microfiltration de l’extrait aqueux d’Hibiscus sabdariffa
4- Pré-concentration par ultrafiltration et nanofiltration
5- Concentration par évaporation osmotique
6- Couplage des opérations unitaires
6-1 Les différents couplages
6-2- Méthodes d’évaluation des coûts
6-3- Résultats
Conclusion
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES .
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