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L'extraction par pression ou pressurage - Génie Alimentaire

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L’extraction par pression ou pressurage

 L'extraction par pression ou pressurage

C’est une opération unitaire de séparation qu’on retrouve dans de nombreux process de fabrication : jus de fruit, vinification, sucrerie (canne), huilerie (olive).

On peut définir l’extraction par pression comme étant une opération de séparation d’un liquide emprisonné dans un solide qu’on obtient par l’application d’une force (pression) sur la matière première solide pour en expulser la phase liquide.

Lorsqu’on se prépare un jus d’orange ou un jus de citron à la maison on réalise une extraction par pression : la compression du fruit entraine la diminution du volume de la pulpe (cellules végétales qui emprisonnent le jus) qui expulse (ou « expression ») le jus.

Le mécanisme mis en jeu est un transfert de quantité de mouvement qui est engendré par une différence de pression qui provoque un différentiel de vitesse au niveau d’une masse de fluide. On se situe bien ci au niveau d’une échelle macroscopique (quantité de jus) et non pas au niveau moléculaire comme c’est le cas dans l’extraction par solvant.

Ne pas confondre l’extraction par pression avec l’extraction par solvant : si l’extraction est une opération complètement mécanique, il n’en n’est pas de même pour l’extraction par solvant qui est régit par une loi chimique (loi de Fick) de diffusion moléculaire vers un solvant qui est souvent représenté par l’eau en alimentaire (sucrerie) mais pas toujours (hexane pour extraire la quasi totalité des huiles alimentaires à l’exception de l’huile d’olive).

Exemples de produits extraits par pression et/ou par solvant :

Exemples de produits extraits par pression et/ou solvant
ExemplesExtraction par PressionExtraction par solvant
Jus de fruit oui non
Huile d’olive oui non
Huile de table (graines oléagineuses):tournesol, colza, arachide... oui oui
sucre oui (canne)
non (betterave)
oui (betterave & canne)
Arômes non oui
pectines non oui

Exemple de process d’extraction du jus de pomme

 <big><span style="color:#FF0000;">1- Exemple de process d'extraction du jus de pomme</span></big>

Les jus de fruits sont en quasi totalité extrait par pressurage. Après un ou plusieurs traitements tels que le broyage du fruit qui permet de couper les cellules qui contiennent le jus, on peut chauffer le broyat surtout s’il a été enzymé (enzymes pectinolytiques et amylasiques) pour faciliter la clarification du jus qui sort trouble du pressurage ; cette clarification a un rôle de conservation mais surtout marketing !

Voici une vidéo sur la fabrication industrielle du jus de pommes (Émission québécoise comment C’est fait)

voir ici pour en savoir plus sur les jus de fruit

 <big><span style="color:#FF0000;">2- Étude des paramètres de l'extraction</span></big>

On cherche ici à maximiser le rendement d’extraction qu’on peut définir comme étant la quantité (Qté) de jus obtenue (en Kg ou Litres) pour 100 kg de matières premières (MP) pressées.

R= 100*(Qté de jus extrait/ Qté de MP utilisée)

Légendes

R= Rendement d’extraction en %
Qté de jus extrait : quantité en Kg ou Litres
Qté de MP utilisée=quantité de matière première utiliséeen Kg

Activité N°1- Le rendement d’extraction

Activité N°1- Le rendement d’extraction

Un producteur vous confie 200 kg de pommes à transformer en jus.
Vous disposez dans la halle technologique de votre lycée d’une presse qui possède un rendement d’extraction égale à 60%.


Calculer la quantité de jus brut en litres que vous pouvez récupérer à la sortie du pressoir et cocher le résultat trouvé parmi les proposition suivantes :





Le producteur souhaitait disposer de 150 L de jus brut. Il se demande s’il vous a fournit assez de pommes !Pouvez vous lui répondre :



Dans la négative, quelle quantité supplémentaires de pommes doit il ramener pour atteindre son objectif ?





On étudie les caractéristiques liées à la matière première, au process ou au matériel qui peuvent influencer le rendement d’extraction.

  <span style="color:#FF0000;">2.1-Paramètres liés à la matière première (MP) :</span>

  • Dureté de la MP :
    plus la matière première est dure, plus il faudra lui appliquer une pression élevée ;
    ex : 10 bars pour framboises, groseilles...50 à 100 bars pour les pommes ; 200 bars pour les olives ;
  • jutosité de la MP :
    plus la MP contiendra une teneur élevée en phase liquide plus le rendement sera élevé
  • Degré de maturité du fruit :
    plus le fruit est mûr, plus la dureté diminue (hydrolyse des pectines du fruit), ce qui améliore le rendement. La maturité a évidemment un impact favorable sur la qualité du jus (arôme, gout).

  <span style="color:#FF0000;">2.2-Paramètres liés au process et/ou matériel :</span>

Cela concerne essentiellement les prétraitements appliqués à ma MP

  • Le broyage :
    La fragmentation plus ou moins poussée va améliorer le rendement d’extraction car le jus étant contenu dans les cellules végétales, la découpe de ces dernières permet la sortie de la phase liquide. Un broyage excessif peur colmater la couche de broyat et/ou extraire trop de fines particules indésirables compliquant les étapes de clarifications ultérieures.
  • L’enzymation :
    l’addition d’enzyme pectinolytiques va augmenter le rendement d’extraction car ces enzymes hydrolysent les parois pectocellulosiques des cellules végétales qui contiennent le jus et facilitent ainsi sa sortie.
  • Le chauffage à 50°C du broyat va augmenter le rendement d’autant plus si le produit a été enzymé, car l’activité enzymatique augmente avec la température (50°C est la T°C optimale) ; la chaleur diminue en plus la viscosité du jus qui s’écoulera plus facilement de la masse de broyat.
  • l’épaisseur du broyat :
    une épaisseur importante diminue le rendement d’extraction en ralentissant la sortie du jus ; cela a surtout une influence sur la durée de l’extraction.Certains pressoir disposent d’éléments drainant pour faciliter la sortie du jus.
  • Le multi-pressurage :
    Afin d’arriver plus rapidement au rendement d’extraction prévu, il peut être intéressant d’effectuer un double pressurage ; exemple= [50 bars-20 min] relâchement (0 bar-10 min) [80 bars-20min]
    le relâchement permet au broyat de se décompacter pour permettre au jus résiduel de s’écouler plus rapidement.
    Ces différentes phases peuvent être programmer sur les pressoirs modernes.

Activité N°2- Les paramètres de l’extraction par pression

Selon toi, quelle(s) proposition(s) est(sont) exacte(s) ? Plusieurs réponses sont possibles !

Lors d’un pressurage, il faut adapter la valeur de la pression à (2 pts) :






La jutosité d’un fruit (4 pts) :







Le broyage des fruits avant le pressurage (1 pt) :






L’enzymation de la râpure de pomme avant le pressurage (3 pts) :





Le chauffage à 50°C du broyat avant le pressurage (3 pts) :






L’épaisseur du broyat (2 pts) :





Le multipressurage (1 pt) :






 <big><span style="color:#FF0000;">3- Les pressoirs</span></big>

Nous allons évoquer deux presses discontinues,et deux pressoirs continus : un pressoir artisanal à paquets (discontinu), un pressoir à membrane (discontinu) qu’on retrouve beaucoup en vinification, un pressoir à membrane continu (jus de pommes) et un pressoir continu à vis qu’on retrouve aussi bien dans des huileries artisanales qu’industrielles.

  • Le pressoir à paquets

    C’est une presse artisanale discontinue très utilisée dans les exploitations agricoles pour les fruits.
    Il s’agit d’enfermer les fruits broyés (râpure)dans des toiles pour confectionner des paquets de 5 à 8cm d’épaisseur.

    Chaque paquet est empilé l’un sur l’autre séparé par une plaque en inox ou en bois (claie) pour constituer une sorte de mille feuilles.
    L’ensemble est déposé verticalement sur un bac inox réceptacle (maie inférieure) du jus qui va s’écouler. Cette maie inférieure est poussée grâce à un vérin hydraulique contre la maie supérieure fixe. Le jus s’écoule à travers la toile et est récupéré dans la maie inférieure.

voici une vidéo illustrant le fonctionnement de la presse à paquets version « très light » (ici le vérin hydraulique est remplacé par un cric hydraulique) :
(la vidéo n’a pas de son, c’est normal !)

  • Le pressoir horizontale à membrane

    C’est un pressoir pneumatique qu’on rencontre souvent en vinification.
    Le raisin est mis dans une cage cylindrique perforée qui contient une chambre à air.En gonflant la chambre à air, le raisin est écrasé contre la paroi perforée qui laisse passer le jus. La cage peut contenir en plus des éléments drainants. Un programmateur permet de réaliser du multi-pressurage.

  • Le pressoir continu à bande

Légendes de la presse à bande

  • Feed : alimentation en râpure de pommes
  • Belt : toile ou bande
  • Discharge juice : récupération du jus
  • Pomace : marc de pommes (résidu)

Voici une animation expliquant le fonctionnement de la presse à bande :

Dérivé du principe des presses à paquets, la râpure est déposée sur une toile et pressée en couche mince pour favoriser l’écoulement du jus.
Le lit de râpure est entrainé entre 2 toiles sans fin au travers d’un train de rouleaux et de contre rouleaux dont l’écart lorsqu’il est réduit exerce une pression croissante sur la râpure.
Le jus s’écoule au travers de la toile inférieure dans un bac collecteur.
Puis les toiles s’écartent et le résidu (marc de pommes) tombe dans une trémie d’évacuation.
Un dispositif de batteurs et de jets d’aspersion assurent le nettoyage des toiles.

Voici une vidéo (in English) expliquant le fonctionnement d’une presse à bande.

voici une vidéo d’une ligne d’extraction avec pressoir continu à bandes (3000kg /h)

  • le pressoir continu à vis

Comment la pression est-elle créée ? Les graines oléagineuses (colza,palme..) sont acheminées de la trémie d’approvisionnement vers le
cône de sortie par le principe de la vis d’Archimède.
Comme le cône obstrue partiellement la sortie, la pression monte dans la chambre constituée par le panier et les fourreaux. La montée de pression est aussi créée partiellement par le tourteau comprimé qui se trouve à la
sortie du fourreau qui complète l’action du cône.
Comme la pression dans le panier est importante, les graines sont écrasées, et l’huile ainsi extraite s’échappe par le chemin le plus facile, c’est à dire l’interstice entre les barres du panier. Cet interstice est par contre trop étroit pour laisser passer le tourteau qui est évacué via le cône de sortie .

Ces presses à vis ont différentes capacités de 10 kg /H à 10 tonnes /H pour les plus grosses.
Leur avantage principal est la grande productivité, et permettent de traiter les fruits et surtout l’huile.
L’inconvénient est l’échauffement du produit par friction et le risque d’oxydation des lipides avec l’acier constitutif.

Pour en savoir plus sur le fonctionnement de la presse à vis sur l’extraction d’huile :

Activité N°3- Les pressoirs

Les installations réalisant le pressurage sont appelées pressoir ou presse. Elles peuvent avoir un fonctionnement continu ou discontinu.
Vous avez étudié quatre types de pressoirs :

  • La presse à paquet
  • Le pressoir à membrane
  • La presse à bande
  • et la presse à vis

Selon toi, quelle(s) proposition(s) est(sont) exacte(s) ? Plusieurs réponses sont possibles !

Parmi les installations suivantes lesquelles fonctionnent en continu ? (2 pts)





En ce qui concerne la presse à paquets (3 pts)







Le pressoir à membrane est très utilisé en vinification (3 pts) :






La presse à bande est très utilisée pour l’extraction du jus de pomme (3 pts) :






La presse à vis est très utilisée pour extraire l’huile des graines d’oléagineux comme le colza, le tournesol... : (3 pts) :







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