EP1086253B1 - Procede de traitement des betteraves sucrieres - Google Patents

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EP1086253B1
EP1086253B1 EP99923708A EP99923708A EP1086253B1 EP 1086253 B1 EP1086253 B1 EP 1086253B1 EP 99923708 A EP99923708 A EP 99923708A EP 99923708 A EP99923708 A EP 99923708A EP 1086253 B1 EP1086253 B1 EP 1086253B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sugar
cehp
treatment
beets
extraction
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP99923708A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1086253A1 (fr
Inventor
Mohammad Naghi Esthiaghi
Dieter Knorr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tereos SA
Original Assignee
Beghin Say SA
Tereos SA
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Publication date
Family has litigation
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Application filed by Beghin Say SA, Tereos SA filed Critical Beghin Say SA
Publication of EP1086253A1 publication Critical patent/EP1086253A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1086253B1 publication Critical patent/EP1086253B1/fr
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13B—PRODUCTION OF SUCROSE; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • C13B10/00—Production of sugar juices
    • C13B10/08—Extraction of sugar from sugar beet with water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13B—PRODUCTION OF SUCROSE; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • C13B10/00—Production of sugar juices
    • C13B10/08—Extraction of sugar from sugar beet with water
    • C13B10/083—Treatment of sugar beet before extraction

Definitions

  • the present invention relates to a method of sugar beet processing.
  • the process includes the processing of sugar beets whole or in pieces with an electric field, followed by extraction and / or pressing.
  • the process combines mild conditions of treatment of sugar beets with a high sugar yield containing a small amount of by-products.
  • the conventional processes for extracting sugar from from sugar beets number of mainly physical stages. Given that sugar beets have approximately the same density as water, they are moved from piles of storage at the plant in water supply channels. These water supply channels contain devices disposal of pebbles, devices for separate waste from vegetation, and devices for washing beets. Once washed, the beets are cut into chips, which are long slats (ribbons) thin V-shaped or square section. Typically, the ribbons are from 2 to 3 mm thick and 15 cm long. Sugar, which forms between 10% and 22% of the whole beet, is extract chips in a diffuser. We extract the chips with water in which the sugar gets dissolves. We drive the extraction process so continue in a countercurrent mode.
  • Extraction is done by flowing water hot through the mass of the beet to a temperature up to 85 ° C. We choose the temperature in a way to extract the maximum of sugar without at the same time extracting a large amount of impurities.
  • the slats that are spread apart preferably contain more sugar. On the On the other hand, it is desirable to have as little as possible unsweetened compounds in the extraction water to minimize purification steps later.
  • Sugar in sugar beet is contained in parenchymal cells. These cells are mainly consisting of a large vacuole containing sucrose surrounded by a cell wall constituted in approximately equal quantities of cellulose and protopectin. The walls of the vacuole are covered with proteins. When heating, proteins coagulate. Extraction of sugar from lamellae sugar beet is only possible when the cells are permeabilized. We generally perform permeabilization by heating the extrusion water to about 75 ° C. As other methods of permeabilization, it is necessary to mention the treatment chemical or freezing. We can extract more than one third of the beet juice without heating substantial, that is to say without permeabilization. This is due to rupture of cell membranes during slicing and the effect of pressure resulting in break the cells again and release fluid at during the pressing stage.
  • CEHP Electric Field at High Pulsation
  • German Patent Application No. 3,733,927 describes the use of electropermeabilization for the isolation of secondary metabolites from vegetable crops.
  • the invention described in this German patent application relates to permeabilization cell membranes, which are suspended and that one cultivates in a form "free". Specifically, it is mentioned that we take out the Cellular agglomerates of the medium by sieving.
  • Russian patent application SU 1521439 discloses a electric field treatment applied to sugar beets cut into slices and traspressées.
  • Russian Patent Application SU 1 192 370 discloses a process of extracting sugar from beet, which consists in applying to the chips a low voltage electric field.
  • the reference Bazhal et al. ("Quality of diffusion juice prepared by an electrochemical method", Sakh Prom-st ., 1982, 10, 42-43) relates to an electrodiffusion in which beet chips undergo a very low voltage electric field.
  • CEHPs are therefore also used to sterilization of food intended for humans or animals.
  • the invention specifies the use of CEHPs on pieces of sugar beet with at least following dimensions during the application of a electric field, 2 x 10 x 10 cm (as a block) or 2 x 10 cm (in the form of a cylinder).
  • the method of CEHP treatment is carried out during the transport of beets in the supply channels or after washing and / or cutting the beets.
  • Another object of the invention is that the treatment CEHP reduces the number of viable microorganisms grow on sugar or beet pulp. This has have the effect of increasing the possible duration of storage product of CEHP treatment before the sugar is crystallized.
  • Another object of the invention is that before or after the CEHP treatment between 0.5 and 40 kV / cm is performed a treatment with impulses of the order of 20 to 70 kV / cm to inactivate microorganisms that otherwise could easily grow on sugar or beets.
  • step b) Pressing is also done at a pressure requiring the use of a much lesser amount of water. This results in a lower final volume; in such a case the resuspension in step b) is made in water at 1: 0.25 (material of beetroot: water), and the pressing is repeated once at 30 MPa for 15 minutes.
  • process according to the invention can also be applied to the isolation of inulin at from Cichorium intybus plants.
  • Extraction is conducted at a temperature below 45 ° C, and preferably the temperature is between 0 and 45 ° C.
  • Sugar beets are used whole. Given the variability of the format, it can be necessary to reduce the size of the beets. In one such case, the slices are cut or sliced beet, the pieces of which are kept as big as possible.
  • the invention shows the use of CEHP on beet pieces with at least the following dimensions at during the application of an electric field, 2 x 10 x 10 cm (in block form) or 2 x 10 cm (in the form of cylinder) or similar dimensions under any what other form. It should be recognized that the size of sugar beet pieces depends on the size of the equipment available for treatment CEHP.
  • beets which can be processed, also depends on the intensity of the field and the homogeneity of the electric field that we can produce. Cutting and slicing the material results in the release of quantities already sugar. However, the rupture of vacuoles and membranes results in a high amount of unwanted impurities in the sugar that we get finally, and therefore, we prefer to maintain beets or pieces of beetroot as possible.
  • the electric field is preferably applied under form of pulses.
  • the pulses are at least 0.5 kV and are preferably between 0.5 and 40 kV / cm, the exact value depending on the medium and the type equipment used. We have achieved good results with pulses between 1 and 4 kV / cm. We have found further that the impulses must be applied at a frequency of at least 5 pulses per second or in a total number of 20 to 40 pulses. Yes we use low voltages, it is also possible to increase the number of pulses to 2000 / seconds or even more.
  • CEHP treatment reduces the number of microorganisms viable, which grow in the sugar solution or on the pulp of the beetroot. This has the effect of increasing the possible storage time of the treatment product CEHP before crystallization of sugar.
  • the invention also aims to administer before or after the CEHP treatment between 0.5 and 40 kV / cm a treatment with impulses of the order of 20 to 70 kV / cm in order to inactivate microorganisms that otherwise can easily grow on sugar or the beets. Inactivation of microorganisms and the conditions necessary to do so were reviewed by Wouters, P.C. and J.P.P.M., Smelt in Food Biotechnology 11 (3) 193-229 (1997).
  • CEHP treatment is carried out during beet transport in the supply channels or after washing and / or cutting the beets.
  • the capacity of the capacitor used in present experiments is between 0.025 and 5.0 uF.
  • the industrial application of the invention requires the adaptation of the capacitor and the generator pulses, and this depends on the type of equipment used and the flow rate of material to be processed.
  • Example 1 It is shown in Example 1 that the degree of permeabilization increases with the number and pulse frequency, pulse intensity, the capacitor capacitance and the conductivity of the immersion medium.
  • the temperature and format of the beet or beet slices play also a role. If we take all these parameters in account it means that the optimal values of a parameter depend on the set value of others settings.
  • Example 1 It is further shown in Example 1 that the degree of permeabilization obtained with the treatment CEHP (10 kV, 5 ⁇ F, 20 pulses, 1 Hz, 20 ° C) is equal to the degree that is obtained with a heat treatment at 72 ° C. This means that we have to use a lot less energy and the duration of the process is considerably decreased by treatment CEHP.
  • the measurement of the texture shows that the treatment CEHP results in a smoother texture of the product of sugar beet.
  • the CEHP process can be carried out at any what a desirable temperature.
  • the temperature is chosen in a way that the results in terms of yield and purity are high while at the same time the energy needs are low and the duration treatment is also weak.
  • the CEHP process is carried out at the temperature of beets and water prevailing at the time of the sugar extraction campaign.
  • temperature can therefore be between 0 ° C or temperature close to which the material does not not freeze and a temperature around 30 ° C.
  • Example 2 shows that the CEHP treatment before slicing results in a quantity a little lower sucrose in the extraction fluid after continuous extraction. However, a larger amount of fluid is extracted from the pulp by pressure so that the extractability is equal. A extraction in three steps resulted in extractability higher than the pulp treated with CEHP and a higher great juice recovery. When finely ground slices, it appears that the material treated by CEHP becomes almost completely extractable.
  • Example 6 shows that the difference of extractability between sugar beets treated by CEHP and untreated is much more pronounced when the slices have a larger cut.
  • Example 7 confirms this fact for a pressing unique. It follows that the CEHP generally leads to improve the extractability.
  • the sugar beet processing process described in the invention results in the extraction from sugar beet of at least an equal quantity of sucrose when compared with the process classical extraction, and it is also shown that under certain conditions the amount of sucrose is higher than what is obtained by extraction classic. However the process is much more fast and requires a lot less energy.
  • the method of the invention requires a duration of less than 1 to 5 seconds and a supply of energy about 12 kJ / kg. By increasing the frequency of impulses, we get much faster the energy input required and the duration of treatment shortens so. With appropriate equipment, it is even possible to reach 2000 pulses / second.
  • the treatment temperature is between 0 and 45 ° C, which requires much less energy input than heating at 75 ° C. Note that heating from 25 to 75 ° C requires about 20 kJ / kg of water.
  • the total amount of water can also be much weaker. From the process point of view, one can use the transport water of the sugar beets as the medium in which the treatment is performed CEHP. When after treatment we press directly beets, the level of amount of water in which the sucrose is dissolved. The conductivity of the medium is also important. The conductivity of the medium must be less than that of sugar beet to obtain the electric effect longed for. To achieve this, it must be necessary to dilute the water or add some salts to the water. The purity of the product is higher because the cells are become more permeable without breaking the material cellular. In addition, it is found that after treatment CEHP the residual pulp can be dried much more quickly as the heat-treated pulp.
  • the present invention also aims at a process for increasing the rate of dry matter of sugar beet pulp obtained after extraction and / or pressing, characterized in that it includes a beet processing step sugar or pieces of it in the water with electric field pulses.
  • the strong pulses of electric field are generated using an ELSTERIL unit (company Herrfurt, Hamburg, Germany).
  • a high voltage generator (5-15 kV)
  • three capacitors of C 0.5, 1.0 or 3.5 ⁇ F, which by their parallel can be used additively, and a pulse generator for pulses from 1 to 22 Hz.
  • Measurements are carried out in cuvettes of Plexiglass in which the electrodes are spaced 2 or 3.8 cm.
  • a press is used hydraulic piston type LM (Seifert KG, Rastatt, Germany).
  • the beets are washed sugar with tap water and cut into V-shaped slices having a length of 8 to 12 cm, sides of about 5 mm and a thickness of 12 mm.
  • the first steps are beets in blocks (3.8 x 10 x 10-15 cm) or in cylinders and are treated with impulses electric and then cut into slices.
  • the standard CEHP treatment is 2 kV / cm, 5.0 ⁇ F, 20 pulses.
  • the treatment medium has a conductivity 0.75 mS / cm.
  • Extraction is carried out in an extraction tank containing up to 15 kg of material.
  • the temperature is raised to about 75 ° C and we let the extraction take place for about 70 minutes.
  • the temperature is 83 ⁇ 2 ° C.
  • the temperature is 45 ° C. The measures are performed on juice that has passed twice through tank.
  • Sliced sugar beets are sliced washed and used immediately for extraction, or first of all blocks beetroot by CEHP and then cut into slices.
  • 200 g of slices are mixed with 200 ml of water distilled (85 ° C) and maintained at about 85 ° C for 5 minutes after the temperature of the center slices reached 80 ° C.
  • the time needed to reaching a center temperature of 80 ° C depends on diameter of the slices. In a typical experience, this time is about 15 minutes.
  • We use for the extraction of second stage the fluid collected in this first step. The fluid is preheated. After the fourth extracted, the pulp is extracted once more with the water.
  • the third stage extraction is carried out in using the fluid from the second stage, again after the fourth extraction, the pulp is extracted with some water.
  • the pulp is pressed at 30 MPa extracted from the three stages and the fluid is stored -30 ° C before analyzing it.
  • 600 g of non-beet slices are mixed treated or treated with CEHP with 600 g of water distilled hot at 85 ° C (untreated), to arrive at an extraction temperature of 75 ° C.
  • distilled water is added to the 60 ° C, to reach a temperature of extraction of 45 ° C, and the extraction is carried out as for extraction in three stages, but here we only use the first step.
  • the pulp is pressed at 30 MPa for 15 minutes. minutes, and dried in a drying apparatus fluidized bed at an air velocity of 1.5 m / s and at a air temperature 70 ° C.
  • Ts (%) Dry matter content (g / 100 g) of untreated beet or pressed pulp.
  • ° S Sucrose content (g / 100 g) of the untreated beet or pressed pulp.
  • Weight (%) Weight of the pulp after comparative pressing with untreated beet.
  • W P Weight of the pressed pulp (in% of the untreated beet)
  • ° S P Sucrose content (g / 100 g pressed pulp)
  • Purity of juice (%) purity (° S / percentage by weight of dry matter) x 100
  • ° S Sucrose content in raw juice (g / 100 g)
  • ° Brix dry matter in the raw juice (g / 100 g).
  • Sugar beet cylinders are prepared (diameter 2 cm and length 10 cm) and place them in the bowl of the electric field generator.
  • the degree of permeabilization also increases with the number of pulses. From 1 to 5 pulses the increase is very fast, and above about 20 pulses the effect knows a plateau. ( Figure 2).
  • Permeabilization is also influenced by the conductivity of the medium. It is especially between 0.7 and 1.2 ms / cm that the permeabilization must be performed ( Figure 5).
  • the degree of permeabilization depends on the temperature. Up to 55 ° C no permeabilization product. Above this temperature, the degree of permeabilization increases. From Figure 6, we see that the degree of permeabilization obtained with the CEHP treatment (10 kV, 5 ⁇ F, 20 pulses of 1 Hz, 20 ° C) is equal to the degree obtained with a heat treatment at 72 ° C.
  • Example 2 the influence of the CEHP-treated slices on the percentage by weight of dry matter, the purity, the sucrose content (FIG. 10) and the pressability (FIG. 11) is determined.
  • sucrose extracted is only slightly lower with slices processed by CEHP to what it is with slices processed at the heat (75 ° C) ( Figure 13). However, the ability to pressing is about 22% higher (Table 4).
  • the CEHP treated slices (2 or 5 MPa for 5 minutes) are gently pressed three times with intermittent mixing with water (1: 1). 1).
  • sucrose is collected two to three times faster than with untreated slices (20 ° C).
  • the total amount of juice is only 40% greater than the quantity of starting slices (Table 5). This highlights the economic advantage of the current process.
  • the thermally extracted material is conventionally pressurized at 30 MPa for 15 minutes, and dried at a much lower dry substance content. This not only means that the process takes longer, but is also much more expensive from an energy point of view. Three pressing.
  • Figures 16 to 18 and Tables 6 to 8 provide an overview of the effect of different sizes of sliced sugar beet materials on extraction and pressing.
  • the pressing is done twice (2 MPa, 5 minutes and 30 MPa, 15 minutes) with intermittent resuspension of the material in a quarter of the volume of water.
  • the CEHP treatment of the sugar beet material results in increased recovery of sucrose compared to an untreated material of the same size.
  • the effect of the CEHP treatment becomes less pronounced, but the effect is still present and favorable for the CEHP treatment.
  • Slices (pressed twice).
  • the amount of sucrose extracted for treated beets is higher than it is for the untreated material in all cases.
  • the figures are 88% against 42%, for thin slices of 95.2% against 49% and for the crushed material of 98% against 89%.
  • juices having a high percentage value by weight of dry matter and a pulp having a small amount of residual sucrose are obtained.

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Description

Domaine de l'invention
La présente invention concerne un procédé de traitement des betteraves sucrières. Le procédé comprend le traitement des betteraves sucrières entières ou en morceaux avec un champ électrique, suivi par une extraction et/ou un pressage. Le procédé combine des conditions douces de traitement des betteraves sucrières avec un rendement élevé en sucre contenant une faible quantité de sous-produits.
Arrière-plan de l'invention
Les procédés classiques d'extraction du sucre à partir des betteraves sucrières comportent un certain nombre d'étapes principalement physiques. Etant donné que les betteraves sucrières ont approximativement la même densité que l'eau, on les déplace des piles de stockage à l'usine dans des canaux d'amenée d'eau. Ces canaux d'amenée d'eau contiennent des dispositifs d'élimination des cailloux, des dispositifs pour séparer les déchets de la végétation, et des dispositifs pour laver les betteraves. Une fois lavées, on découpe les betteraves en cossettes, qui sont de longues lamelles (rubans) minces en forme de V ou de section carrée. Typiquement, les rubans ont de 2 à 3 mm d'épaisseur et 15 cm de longueur. Le sucre, qui forme entre 10 et 22% de l'ensemble de la betterave, est extrait des cossettes dans un diffuseur. On extrait les cossettes avec de l'eau dans laquelle le sucre se dissout. On conduit le processus d'extraction de façon continue dans un mode à contre-courant. Généralement, on procède à l'extraction en faisant s'écouler de l'eau chaude à travers la masse de la betterave à une température allant jusqu'à 85°C. On choisit la température d'une manière à extraire le maximum de sucre sans en même temps extraire une grande quantité d'impuretés. Les lamelles qui sont écartées ne contiennent de préférence plus beaucoup de sucre. D'un autre côté, il est souhaitable d'avoir aussi peu que possible de composés non sucrés dans l'eau d'extraction afin de réduire au minimum les étapes de purification ultérieures.
Il convient de trouver un optimum entre le rendement et la pureté. Après l'extraction, on presse les lamelles afin de recueillir la plus grande partie de l'eau d'extraction qui autrement serait laissée dans la pulpe et qui contient également du sucre.
Le sucre dans la betterave sucrière est contenu dans les cellules parenchymateuses. Ces cellules sont principalement constituées d'une grande vacuole contenant le saccharose entourée d'une paroi cellulaire constituée en quantités approximativement égales de cellulose et de protopectine. Les parois de la vacuole sont recouvertes de protéines. Lorsqu'on chauffe, les protéines coagulent. L'extraction du sucre des lamelles de betterave sucrière n'est possible que lorsque les cellules sont perméabilisées. On effectue généralement la perméabilisation en chauffant l'eau d'extrusion à environ 75°C. Comme autres procédés de perméabilisation, il faut mentionner le traitement chimique ou la congélation. On peut extraire plus d'un tiers du jus de betterave sans chauffer de manière substantielle, c'est-à-dire sans perméabilisation. Ceci est dû à la rupture des membranes cellulaires au cours du tranchage et à l'effet de la pression aboutissant à briser encore les cellules et à libérer du fluide au cours de l'étape de pressage.
On sait traiter les cellules biologiques ou leurs agglomérats, c'est-à-dire les tissus ou organes, avec des champs électriques afin de les perméabiliser. Ce procédé est connu sous le nom de Champ Electrique à Haute Pulsation (CEHP). Ce procédé est utilisé par exemple pour faciliter l'absorption de l'ADN par les cellules végétales dans le domaine de la biologie moléculaire.
On observe qu'on peut facilement suivre une augmentation de perméabilité en mesurant l'augmentation de conductivité du milieu. On trouve également que l'augmentation de l'intensité du champ électrique aboutit à une perméabilité accrue.
La demande de brevet allemand N° DE 3 733 927 décrit l'utilisation de l'électroperméabilisation pour l'isolement de métabolites secondaires à partir de cultures végétales. L'invention décrite dans cette demande de brevet allemand concerne la perméabilisation des membranes de cellules, qui sont mises en suspension et que l'on cultive sous une forme "libre". Spécifiquement, il est mentionné que l'on sort les agglomérats cellulaires du milieu par tamisage.
D'autres applications du CEHP ont été mentionnées. Une augmentation du rendement en jus au cours de la préparation de jus de pomme et de jus de raisin a été signalée par Flaumenbaum (Flüss. Obst 35 : 19-20 (1968)). Le procédé est mentionné dans cet article sous le nom d'électro-plasmolyse. Geulen et al. (ZFL 45 : 24-27 (1994)) ont entrepris des recherches sur le prétraitement de carottes par un moyen électrique.
La demande internationale WO 96/09412 décrit le traitement de morceaux de betteraves par un champ électrique de très faible voltage et de très haute fréquence pendant 60 minutes, ce qui a pour effet de chauffer les morceaux de betteraves à plus de 55°C.
La demande de brevet russe SU 1521439 décrit un traitement par champ électrique appliqué à des betteraves sucrières coupées en tranches et prépressées.
La demande de brevet russe SU 1 192 370 décrit un procédé d' extraction de sucre à partir de cossettes de betterave, qui consiste à appliquer aux cossettes un champ électrique de faible voltage.
La référence Bazhal et al. ("Quality of diffusion juice prepared by an electrochemical method", Sakh. Prom-st., 1982, 10, 42-43) concerne une électrodiffusion dans laquelle les cossettes de betteraves subissent un champ électrique de très faible voltage.
Le découpage en tranches avant l'application du CEHP aboutit à un jus sucré nécessitant une purification plus poussée.
On a en outre signalé qu'étant donné leur effet de perméabilisation des membranes cellulaires, les fortes impulsions de champ électriques détruisent les micro-organismes. Les CEHP sont donc également utilisés pour la stérilisation des aliments destinés à l'homme ou aux animaux.
Les avantages d'un tel procédé tiennent au fait qu'il n'est pas besoin d'ajouter de produits chimiques, à ce que la perméabilisation est réalisée à la température ambiante et à ce que les durées de traitement sont relativement courtes.
Résumé de l'invention.
L'invention décrit un procédé pour l'extraction de sucre à partir de betteraves sucrières entières ou en morceaux, caractérisé en ce que
  • a) on traite des betteraves sucrières ou de gros morceaux de ces betteraves sucrières dans l'eau avec des impulsions de champ électrique, consistant en fortes impulsions de champ électrique de 0,5 à 40 kV/cm et de 0,025 à 5 µF et de 1 à 2000 impulsions, les betteraves sucrières ou les gros morceaux de ces betteraves ayant au moins les dimensions suivantes au cours de l'application d'un champ électrique, 2 x 10 x 10 cm (sous forme de bloc) ou 2 x 10 cm (sous forme de cylindre),
  • b) on extrait et/ou on presse les betteraves sucrières ou les morceaux de ces betteraves sucrières à une température comprise entre 0 et 45°C.
    • Les betteraves sucrières sont utilisées entières. Etant donné la variabilité de leur format, il peut être nécessaire de réduire la taille des betteraves. Dans un tel cas, on découpe ou on tranche les betteraves, mais les morceaux sont maintenus aussi gros que possible.
    L'invention précise l'utilisation des CEHP sur des morceaux de betteraves sucrières ayant au moins les dimensions suivantes au cours de l'application d'un champ électrique, 2 x 10 x 10 cm (sous forme de bloc) ou de 2 x 10 cm (sous forme de cylindre).
    Facultativement, et pour améliorer la possibilité d'une extraction plus poussée de la matière de la betterave sucrière, on découpe en tranches ou on broie les betteraves sucrières ou de grandes parties de ces betteraves après le traitement CEHP qui est antérieur à l'extraction et/ou au pressage.
    Sous un autre aspect de l'invention, le procédé de traitement CEHP est réalisé au cours du transport des betteraves dans les canaux d'amenée ou après lavage et/ou découpage des betteraves.
    Un autre objet de l'invention est que le traitement CEHP réduise le nombre de micro-organismes viables qui croissent sur le sucre ou la pulpe de betterave. Ceci a pour effet d'accroítre la durée possible de stockage du produit du traitement CEHP avant que le sucre ne soit cristallisé.
    Un autre objet de l'invention est qu'avant ou après le traitement CEHP entre 0,5 et 40 kV/cm, on effectue un traitement avec des impulsions de l'ordre de 20 à 70 kV/cm afin d'inactiver les micro-organismes qui sinon pourraient facilement croítre sur le sucre ou les betteraves.
    Le pressage suivant l'extraction se caractérise en ce qu'on traite le matériau de la façon suivante :
  • a) pressage entre 2 et 30 MPa,
  • b) remise en suspension du matériau dans l'eau, et facultativement,
  • c) au moins une répétition des étapes a) et b).
    • On effectue également le pressage à une pression nécessitant l'utilisation d'une bien moindre quantité d'eau. Ceci aboutit à un volume final plus faible ; dans un tel cas la remise en suspension dans l'étape b) se fait dans de l'eau à 1:0,25 (matériau de betterave:eau), et le pressage est répété une fois à 30 MPa pendant 15 minutes.
    Il est à noter que le procédé selon l'invention peut aussi s'appliquer à l'isolement de l'inuline à partir de plantes Cichorium intybus.
    Brève description des figures
  • La figure 1 montre le degré de perméabilisation de cylindres de betteraves sucrières en fonction de la tension des impulsions (Zp = 1 correspond à une perméabilisation complète des cellules).
  • La figure 2 montre le degré de perméabilisation de cylindres de betteraves sucrières en fonction du nombre d'impulsions.
  • La figure 3 montre le degré de perméabilisation de cylindres de betteraves sucrières en fonction de la capacité du condensateur.
  • La figure 4 montre le degré de perméabilisation de cylindres de betteraves sucrières en fonction de la fréquence des impulsions.
  • La figure 5 montre le degré de perméabilisation de cylindres de betteraves sucrières en fonction de la conductivité du milieu d'immersion.
  • La figure 6 montre le degré de perméabilisation de cylindres de betteraves sucrières en fonction de la température pour des betteraves non traitées et une seule valeur pour des betteraves traitées avec 20 impulsions de 10 kV (1 Hz, capacité du condenseur 5 µF).
  • La figure 7 montre l'influence d'un traitement thermique d'une heure sur la texture de cylindres de betteraves traitées par CEHP et à la chaleur.
  • La figure 8 montre l'influence d'un traitement CEHP par comparaison avec le traitement thermique sur le pourcentage en poids de matière sèche (Brix), la pureté et la teneur en saccharose du jus brut après extraction continue.
  • La figure 9 montre l'influence d'un traitement CEHP par comparaison avec le traitement thermique sur le pourcentage en poids de matière sèche, la pureté et la teneur en saccharose du jus pressé après extraction continue.
  • La figure 10 montre l'influence d'un traitement CEHP par comparaison avec le traitement thermique sur le pourcentage en poids de matière sèche, la pureté et la teneur en saccharose du jus extrait après trois extractions.
  • La figure 11 montre l'influence d'un traitement CEHP par comparaison avec le traitement thermique sur la pureté et la teneur en saccharose du jus pressé après trois extractions.
  • La figure 12 montre l'influence du traitement CEHP à 20°C sur le jus brut après trois extractions de minces tranches de betterave.
  • La figure 13 montre l'influence du traitement CEHP sur le rendement en saccharose après une extraction en une seule étape.
  • La figure 14 montre l'influence du CEHP et de tranches de betteraves traitées à la chaleur, pressées et ayant subi une extraction, sur le séchage.
  • La figure 15 montre le rendement et la pureté du jus de tranches de betteraves pressées trois fois.
  • La figure 16 montre le rendement et la pureté du jus de tranches de betteraves pressées deux fois.
  • La figure 17 montre le rendement et la pureté du jus de tranches minces de betteraves pressées deux fois.
  • La figure 18 montre le rendement et la pureté du jus de matériau de betteraves broyé et pressé deux fois.
  • La figure 19 montre le rendement et la pureté du jus de tranches de betteraves pressées une fois.
  • La figure 20 montre le rendement et la pureté du jus de minces tranches de betteraves pressées une fois.
  • La figure 21 montre le rendement et la pureté d'un matériau de betteraves broyé et pressé une fois.
  • La figure 22 montre le temps de séchage de la pulpe résiduelle obtenue après traitement CEPH selon l'invention par rapport à une pulpe résiduelle obtenue après traitement selon le procédé thermique classique d'extraction de l'art antérieur.
    • Description détaillée de l'invention
    La présente invention décrit un procédé avantageux pour l'extraction du sucre à partir de betteraves sucrières ou de morceaux de ces betteraves sucrières. Le procédé se caractérise en ce que
  • a) on traite des betteraves sucrières ou de gros morceaux de ces betteraves dans l'eau avec des impulsions de champ électrique,
  • b) on extrait et/ou on presse la betterave sucrière traitée ou des morceaux de cette betterave.
    • Il peut être intéressant de découper en tranches ou de broyer les betteraves ou morceaux de betteraves avant extraction. L'extraction est conduite à une température inférieure à 45°C, et de préférence la température est comprise entre 0 et 45°C.
    Les betteraves sucrières sont utilisées entières. Etant donné la variabilité du format, il peut être nécessaire de réduire la taille des betteraves. Dans un tel cas, on découpe ou on réduit en tranches les betteraves, dont on maintient cependant les morceaux aussi gros que possible. L'invention montre l'utilisation du CEHP sur des morceaux de betterave sucrière ayant au moins les dimensions suivantes au cours de l'application d'un champ électrique, 2 x 10 x 10 cm (sous forme de bloc) ou 2 x 10 cm (sous forme de cylindre) ou des dimensions similaires sous n'importe quelle autre forme. Il convient de reconnaítre que la taille des morceaux de betteraves sucrières dépend de la taille de l'équipement disponible pour le traitement CEHP.
    La taille des betteraves, que l'on peut traiter, dépend également de l'intensité du champ et de l'homogénéité du champ électrique que l'on peut produire. Le fait de couper et de réduire en tranches le matériau aboutit à la libération de quantités déjà importantes de sucre. Cependant, la rupture des vacuoles et des membranes aboutit à une quantité élevée d'impuretés indésirables dans le sucre que l'on obtient finalement, et par conséquent, on préfère maintenir les betteraves ou les morceaux de betteraves aussi grosses que possibles.
    Le champ électrique est de préférence appliqué sous forme d'impulsions. Les impulsions sont d'au moins 0,5 kV et sont de préférence comprises entre 0,5 et 40 kV/cm, la valeur exacte dépendant du milieu et du type d'équipement utilisé. On a obtenu de bons résultats avec des impulsions comprises entre 1 et 4 kV/cm. On a trouvé en outre que les impulsions doivent être appliquées à une fréquence d'au moins 5 impulsions par seconde ou en un nombre total de 20 à 40 impulsions. Si l'on utilise de faibles tensions, il est également possible d'augmenter le nombre d'impulsions à 2000/secondes ou même plus.
    Un autre résultat de l'invention est que le traitement CEHP réduit le nombre de micro-organismes viables, qui croissent dans la solution de sucre ou sur la pulpe de la betterave. Ceci a pour effet d'accroítre la durée de stockage possible du produit du traitement CEHP avant cristallisation du sucre.
    L'invention a également pour objectif d'administrer avant ou après le traitement CEHP entre 0,5 et 40 kV/cm un traitement avec des impulsions de l'ordre de 20 à 70 kV/cm afin d'inactiver les micro-organismes qui autrement peuvent facilement croítre sur le sucre ou les betteraves. L'inactivation de micro-organismes et les conditions nécessaires pour le faire ont été examinées par Wouters, P.C. et J.P.P.M., Smelt dans Food Biotechnology 11(3) 193-229 (1997).
    Le traitement CEHP est réalisé au cours du transport des betteraves dans les canaux d'amenée ou après lavage et/ou découpage des betteraves.
    La capacité du condensateur utilisé dans les présentes expériences est comprise entre 0,025 et 5,0 µF. L'application industrielle de l'invention nécessite l'adaptation du condensateur et du générateur d'impulsions, et ceci dépend du type d'équipement utilisé et du débit de matériau que l'on doit traiter.
    Il est montré dans l'exemple 1 que le degré de perméabilisation s'accroít avec le nombre et la fréquence des impulsions, l'intensité des impulsions, la capacité du condensateur et la conductivité du milieu d'immersion. La température et le format de la betterave ou des tranches de betteraves jouent également un rôle. Si l'on prend tous ces paramètres en compte, cela signifie que les valeurs optimales d'un paramètre dépendent de la valeur fixée des autres paramètres.
    Pour augmenter la perméabilisation au lieu du chauffage du processus classique, on peut donner un plus grand nombre d'impulsions, et au lieu d'augmenter le nombre d'impulsions on peut accroítre leur intensité. Tous ces cas donnent des résultats similaires.
    Il est en outre montré dans l'exemple 1 que le degré de perméabilisation obtenu avec le traitement CEHP (10 kV, 5 µF, 20 impulsions, 1 Hz, 20°C) est égal au degré que l'on obtient avec un traitement thermique à 72°C. Cela signifie que l'on doit utiliser beaucoup moins d'énergie et que la durée du processus est considérablement diminuée par application du traitement CEHP. La mesure de la texture montre que le traitement CEHP aboutit à une texture plus lisse du produit de betterave sucrière.
    Le procédé CEHP peut être réalisé à n'importe quelle température désirable. La température est choisie d'une manière que les résultats en termes de rendement et de pureté sont élevés tandis qu'en même temps les besoins en énergie sont faibles et la durée du traitement est également faible.
    Le procédé CEHP est réalisé à la température des betteraves et de l'eau qui prévaut au moment de la campagne d'extraction du sucre. En pratique la temperature peut donc se situer entre 0°C ou une température voisine à laquelle le matériau ne se congèle pas et une température avoisinant 30°C.
    L'extraction et le pressage qui suivent sont réalisés à la même température, bien qu'une température augmentée allant jusqu'à 45°C donne également de bons résultats. On peut utiliser des températures allant jusqu'à 75°C, ce qui est la température classique de l'extraction. Cependant dans ce dernier cas une partie des économies d'énergie que l'on obtient en réalisant le procédé CEHP est perdue.
    L'exemple 2 montre que le traitement CEHP avant découpage en tranches aboutit à une quantité un peu plus faible de saccharose dans le fluide d'extraction après extraction continue. Cependant, une plus grande quantité de fluide est extraite de la pulpe par pression si bien que l'extractabilité est égale. Une extraction en trois étapes abouti à une extractabilité plus élevée de la pulpe traitée par CEHP et à une plus grande récupération de jus. Lorsqu'on broie finement les tranches, il apparaít que le matériau traité par CEHP devient presque complètement extractible.
    Même après une extraction en une seule étape (exemple 4) il apparaít que l'extractabilité des betteraves sucrières traitées avec le CEHP est plus élevée que pour le matériau non traité. Après traitement CEHP le saccharose est recueilli beaucoup plus rapidement par pressage que lorsque le matériau n'est pas traité.
    L'exemple 6 montre que la différence d'extractabilité entre les betteraves sucrières traitées par CEHP et non traitées est beaucoup plus prononcée lorsque les tranches ont une plus grande taille. L'exemple 7 confirme ce fait pour un pressage unique. Il s'ensuit que le CEHP aboutit généralement à améliorer l'extractabilité.
    On peut utiliser un moindre nombre d'étapes d'extraction et le pressage pour obtenir la même quantité de sucre, ou bien on obtient une plus grande quantité de sucre si le traitement est maintenu identique. On trouve que l'on peut obtenir de bons résultats lorsque le pressage est suivi par une remise en suspension et un autre pressage. Ce procédé peut être répété plusieurs fois, aboutissant à un rendement accru et naturellement à une plus faible quantité de sucre laissée dans la pulpe de betterave restante. Dans un tel cas le traitement après les impulsions de champ électrique est le suivant. Le matériau traité par impulsions de champs électriques est traité de la façon suivante :
  • a) pressage entre 2 et 5 MPa pendant 5 minutes,
  • b) remise en suspension du matériau dans l'eau (1:1 p/p) et
  • c) répétition au moins une fois des étapes a) et b).
    • On trouve en outre que la remise en suspension dans l'eau est également possible dans une plus faible quantité d'eau et que ceci donnerait des résultats similaires à condition que le pressage ultérieur soit effectué à une pression plus élevée, pouvant aller jusqu'à 30 MPa. Dans un tel cas, la quantité d'eau utilisée pour la remise en suspension peut n'être qu'un quart de la quantité utilisée lorsque le pressage est fait à une pression plus faible.
    En fait on obtient des résultats satisfaisants lorsqu'on presse une fois à 30 MPa pendant 15 minutes les morceaux de betteraves sucrières prétraitées.
    On trouve que les morceaux de betteraves sucrières prétraitées par CEHP peuvent être pressés aussi bien que les betteraves finement découpées non traitées.
    Bien que dans certains cas on trouve que l'extractabilité des tranches soit plus faible après traitement CEHP, on voit également que cet effet est largement compensé par l'accroissement de l'aptitude au pressage. Globalement ceci aboutit à un degré d'extraction presque identique.
    Le procédé de traitement des betteraves sucrières décrit dans l'invention aboutit à l'extraction à partir de la betterave sucrière d'une quantité au moins égale de saccharose lorsqu'on compare avec le procédé d'extraction classique, et l'on montre également que dans certaines conditions la quantité de saccharose est plus élevée que ce qu'on obtient par extraction classique. Cependant le procédé est beaucoup plus rapide et nécessite beaucoup moins d'énergie. Le procédé de l'invention nécessite une durée allant de moins de 1 à 5 secondes et un apport d'énergie d'environ 12 kJ/kg. En augmentant la fréquence des impulsions, on obtient beaucoup plus rapidement l'apport d'énergie requis et la durée du traitement se raccourcit donc. Avec un équipement approprié, il est même possible d'arriver à 2000 impulsions/seconde. La température de traitement est comprise entre 0 et 45°C, ce qui nécessite beaucoup moins d'apport d'énergie que le chauffage à 75°C. Noter que le chauffage de 25 à 75°C nécessite environ 20 kJ/kg d'eau.
    La quantité totale d'eau peut également être beaucoup plus faible. Du point de vue procédé, on peut utiliser l'eau de transport des betteraves sucrières comme milieu dans lequel on effectue le traitement CEHP. Lorsqu'après le traitement on presse directement les betteraves, on maintient à un faible niveau la quantité d'eau dans laquelle le saccharose est dissous. La conductivité du milieu est également importante. La conductivité du milieu doit être inférieure à celle de la betterave sucrière afin d'obtenir l'effet électrique désiré. Pour y parvenir, il doit être nécessaire de diluer l'eau ou d'ajouter certains sels à l'eau. La pureté du produit est plus élevée car les cellules sont devenues plus perméables sans briser le matériau cellulaire. De plus, on trouve qu'après traitement CEHP la pulpe résiduelle peut être séchée beaucoup plus rapidement que la pulpe traitée à la chaleur.
    Des exemples donnés ci-après (voir notamment les tableaux 1,2,4,9,10 et 11), il ressort que le taux de matière sèche Ts(%) est supérieur lorsque le traitement CEHP est appliqué par rapport au cas où ce traitement n'est pas appliqué. Ceci indique que lorsque la pulpe pressée résiduelle est séchée après le traitement de pressage, la quantité d'eau devant être évaporée est inférieure et le coût énergétique est par conséquent également plus faible.
    Dans les applications où de la pulpe sèche est nécessaire ou pour lesquelles de la pulpe à taux élevé en matière sèche est nécessaire, ceci constitue un avantage important. Il est illustré à la figure 22 où l'on voit que grâce au traitement CEHP, 30% en plus de jus est pressé, et que le temps de séchage est ensuite environ de moitié.
    Ainsi, selon un autre aspect, la présente invention vise également un procédé pour augmenter le taux de matière sèche de pulpe de betteraves sucrières obtenue après extraction et/ou pressage, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de traitement des betteraves sucrières ou de morceaux de celles-ci dans l'eau avec des impulsions de champ électrique.
    Partie expérimentale I. Matériaux a) Betteraves sucrières
    Les betteraves sucrières utilisées dans tous les exemples qui suivent sont récoltées en décembre (1996) et conservées dans un silo jusqu'à février (1997). Les betteraves sont alors soit immédiatement utilisées pour des expériences en continu, soit lavées et conservées, pendant une durée allant jusqu'à 6 semaines, à 4°C avant l'emploi.
    b) Générateurs d'impulsions de champ électrique
    Les fortes impulsions de champ électrique sont engendrées en utilisant une unité ELSTERIL (société Herrfurt, Hambourg, Allemagne). On engendre les impulsions avec les trois composants suivants : un générateur haute tension (5-15 kV), trois condensateurs de C = 0,5, 1,0 ou 3,5 µF, qui de par leur liaison en parallèle peuvent être utilisés de façon additive, et un générateur d'impulsions pour des impulsions de 1 à 22 Hz. On effectue les mesures dans des cuvettes de Plexiglas dans lesquelles les électrodes sont espacées de 2 ou 3,8 cm.
    c) Autre équipement
    Pour presser la pulpe, on utilise une presse à piston hydraulique de type LM (société Seifert KG, Rastatt, Allemagne).
    II. Modes opératoires II.A. Extraction a) Extraction en continu
    Pour l'extraction en direct, on lave les betteraves sucrières avec de l'eau du robinet et on les découpe en tranches en forme de V ayant une longueur de 8 à 12 cm, des côtés d'environ 5 mm et une épaisseur de 12 mm. Pour le traitement CEHP, on découpe tout d'abord les betteraves en blocs (de 3,8 x 10 x 10-15 cm) ou en cylindres et on les traite avec des impulsions électriques puis on les découpe en tranches. Le traitement CEHP standard est de 2 kV/cm, 5,0 µF, 20 impulsions. Le milieu de traitement a une conductivité de 0,75 mS/cm.
    On conduit l'extraction dans une cuve d'extraction contenant jusqu'à 15 kg de matériau. Pour les tranches non traitées, on élève la température à environ 75°C et on laisse l'extraction se dérouler pendant environ 70 minutes. Dans la partie dénaturation de la cuve la température est de 83 ± 2°C. Pour les tranches traitées par CEHP, la température est de 45°C. Les mesures sont effectuées sur du jus qui est passé deux fois à travers la cuve.
    b) Extraction en trois étapes
    On découpe en tranches des betteraves sucrières lavées et on les utilise immédiatement aux fins d'extraction, ou bien on traite tout d'abord des blocs de betteraves par CEHP puis on les découpe en tranches. On mélange 200 g de tranches avec 200 ml d'eau distillée (85°C) et on les maintient à environ 85°C pendant 5 minutes après que la température du centre des tranches ait atteint 80°C. La durée nécessaire pour atteindre une température du centre de 80°C dépend du diamètre des tranches. Dans une expérience typique, cette durée est d'environ 15 minutes. Au bout de ce temps, on tamise la pulpe à la main et on répète trois fois l'extraction. On utilise pour l'extraction de seconde étape le fluide recueilli dans cette première étape. On préchauffe le fluide. Après la quatrième extraction, on extrait une fois encore la pulpe avec de l'eau. On effectue l'extraction de troisième étape en utilisant le fluide de la seconde étape, là encore après la quatrième extraction, on extrait la pulpe avec de l'eau. On utilise les extraits de la troisième étape dans les buts d'analyse. On presse à 30 MPa la pulpe extraite des trois étapes et on conserve le fluide à -30°C avant de l'analyser.
    On traite les betteraves traitées par CEHP de la même manière sauf pour la température que l'on utilise, le procédé étant réalisé à 45°C au lieu de 85°C.
    En-dehors des betteraves sucrières en tranches décrites ci-dessus, et découpées en tranches fines (1 mm x 1 mm x 50 mm), on utilise des tranches fines de betteraves sucrières aussi bien non traitées que traitées par CEHP et on procède à l'extraction par le même procédé à 20°C.
    c) Extraction en une étape
    On mélange 600 g de tranches de betteraves non traitées ou traitées par CEHP avec 600 g d'eau distillée chaude à 85°C (non traitée), pour arriver à une température d'extraction de 75°C. Pour les tranches de betteraves traitées, on ajoute de l'eau distillée à 60°C, pour arriver à une température d'extraction de 45°C, et on effectue l'extraction comme pour l'extraction en trois étapes, mais on n'utilise ici que la première étape. On utilise le fluide dans des buts d'analyse. On presse la pulpe à 30 MPa pendant 15 minutes, et on la sèche dans un appareil de séchage à lit fluidisé à une vitesse d'air de 1,5 m/s et à une température de l'air de 70°C.
    II.B. Pressage a) Pressage effectué trois fois
    On presse 200 g de tranches non traitées ou traitées par CEHP à 20 ou respectivement 5 MPa pendant 5 minutes. On remet la pulpe en suspension dans l'eau (1:1 p/v) à 20°C et au bout de 5 minutes on répète le pressage. Après un troisième pressage, on combine et on analyse les fluides.
    b) Pressage effectué deux fois et une fois
    On presse 500 g de tranches non traitées ou traitées par CEHP tout d'abord à 2 MPa pendant 5 minutes. On remet la pulpe en suspension dans 125 ml d'eau (20°C), et au bout de 10 minutes on effectue un second pressage à 30 MPa pendant 15 minutes.
    Pour un seul pressage, on presse 500 g de matériau non traité ou traité par CEHP, en procédant à 30 MPa pendant 15 minutes.
    III. Procédés d'analyse
    • On mesure la matière sèche soluble (Brix) selon la méthode IFU N°8.
    • On mesure par polarimétrie la teneur en saccharose. Digestion par l'eau chaude : on mélange 26 g de tranches (non traitées) ou 60 g de tranches (extraites) avec 177 ml d'une solution d'acétate de plomb (25 ml d'acétate de plomb dans 11 ml d'eau), on agite et on extrait en conservant à 75-80°C pendant 30 minutes dans un becher couvert. Après refroidissement à 20°C et filtration, on détermine par polarimétrie le pouvoir rotatoire optique du filtrat.
    • On effectue la mesure de la texture sur des échantillons cylindriques (2 x 1 cm) qu'on traite dans l'eau par maintien à 20, 45 ou 75°C pendant une heure. On mesure la texture en utilisant un pénétromètre.
    Dans les tableaux utilisés dans la partie expérimentale, les abréviations ont la signification suivante. Ts(%) = Teneur en matière sèche (g/100 g) de la betterave non traitée ou de la pulpe pressée. °S = Teneur en saccharose (g/100 g) de la betterave non traitée ou de la pulpe pressée. Poids (%) = Poids de la pulpe après pressage comparé avec la betterave non traitée.
    Figure 00230001
       WR = Poids de la betterave non traitée (100 g)
       °SR = Teneur en saccharose (g/100 g de betterave non traitée)
       WP = Poids de la pulpe pressée (en % de la betterave non traitée)
       °SP = Teneur en saccharose (g/100 g de pulpe pressée) Pureté du jus (%) = pureté (°S/pourcentage en poids de matière sèche) x 100    °S = Teneur en saccharose dans le jus brut (g/100 g)
       °Brix = matière sèche dans le jus brut (g/100 g).
    Exemples Exemple 1 Caractérisation du degré de perméabilisation des betteraves sucrières
    On prépare des cylindres de betteraves sucrières (diamètre 2 cm et longueur 10 cm) et on les place dans la cuvette du générateur de champ électrique. On mesure le degré de perméabilisation en fonction de la tension. D'après la figure 1, on voit que le degré de perméabilisation augmente lentement entre 5 et 10 kV et augmente plus rapidement entre 10 et 15 kV.
    Le degré de perméabilisation augmente également avec le nombre d'impulsions. De 1 à 5 impulsions l'augmentation est très rapide, et au-dessus d'environ 20 impulsions l'effet connaít un plateau. (Figure 2).
    Le degré de perméablisation est encore influencé par le condensateur ; avec l'augmentation de la capacité, la perméabilisation augmente (figure 3).
    Le fait d'augmenter la fréquence des impulsions aboutit à une augmentation du degré de perméabilisation qui est prononcée entre 1 et 6 Hz, puis s'atténue ( figure 4 ) .
    La perméabilisation est également influencée par la conductivité du milieu. C'est en particulier entre 0,7 et 1,2 ms/cm que la perméabilisation doit être effectuée (figure 5) .
    Le degré de perméabilisation dépend de la température. Jusqu'à 55°C aucune perméabilisation ne se produit. Au-dessus de cette température, le degré de perméabilisation augmente. D'après la figure 6, on voit que le degré de perméabilisation obtenu avec le traitement CEHP (10 kV, 5 µF, 20 impulsions d'1 Hz, 20°C) est égal au degré que l'on obtient avec un traitement thermique à 72°C.
    La mesure de la texture montre que le traitement CEHP aboutit à une texture plus lisse des betteraves sucrières (figure 7).
    Exemple 2 Extraction en continu de tranches de betteraves sucrières
    L'extraction en continu montre que les tranches traitées par CEHP et extraites à 45°C donnent des résultats similaires quant à la possibilité d'extraction du saccharose que les tranches non traitées extraites à 75°C. La concentration de sucre dans le fluide d'extraction des tranches traitées par CEHP est de 17% plus faible, tandis que la pureté est comparable (figure 8). La quantité de jus extraite de la pulpe par pressage est de 14% supérieure pour les tranches traitées par CEHP (figure 9). Le degré d'extraction des tranches traitées est presque identique à celui des tranches non traitées (tableau 1). Bien que la possibilité d'extraction (extractabilité) des tranches traitées soit plus faible, l'aptitude au pressage (pressabilité) est plus élevée, si bien que tout compte fait on peut extraire la même quantité de sucre à partir des tranches.
    Extraction en continu de tranches de betteraves
    Brutes Pulpe pressée Jus
    Traitement Ts(%) °S(g/100 g) Poids (%) Ts(%) °S(g/100 g) Gain rel. (%) Pureté
    Therm. (75°C) 25,73 20,20 41,54 15,25 1,49 96,94 91,88
    CEHP (45°C) 25,14 20,25 33,61 17,73 1,68 97,22 90,48
    Exemple 3 Extraction en trois étapes de tranches de betteraves sucrières
    Comme dans l'exemple 2 on détermine l'influence des tranches traitées par CEHP sur le pourcentage en poids de matière sèche, la pureté, la teneur en saccharose (figure 10) et l'aptitude au pressage (figure 11).
    Extraction en trois étapes de tranches de betteraves sucrières.
    Brutes Pulpe pressée Jus
    Traitement Ts(%) °S(g/100 g) Poids (%) Ts(%) °S(g/100 g) Gain rel. (%) Pureté
    Therm. (75°C) 27,29 21,74 20,73 21,44 3,08 97,06 89,32
    CEHP (45°C) 27,22 21,50 17,60 28,99 1,42 98,84 92,21
    Lorsqu'on prépare de minces tranches (1 mm x 1 mm x 10 cm), on s'attend que les cellules soient brisées mécaniquement. D'après la figure 12 il apparaít que les tranches traitées par CEHP sont alors presque complètement extractibles (voir également tableau 3). L'augmentation de poids de la pulpe non traitée après extraction prouve que les tranches non traitées ne sont pas complètement mécaniquement déstructurées. Les cellules sont capables d'absorber de l'eau par osmose, mais avec les cellules traitées par CEHP ce n'est plus le cas.
    Extraction en trois étapes de tranches de betteraves sucrières (tranches minces).
    Brutes Pulpe pressée Jus
    Traitement Ts(%) °S(g/100 g) Poids (%) Ts(%) °S(g/100 g) Gain rel. (%) Pureté
    Therm. (75°C) 23,48 19,72 46,53 27,25 5,80 86,31 90,14
    CEHP (45°C) 24,75 18,76 13,86 32,35 1,44 98,94 90,32
    Exemple 4 Extraction en une étape de tranches de betteraves sucrières
    La quantité de saccharose extraite n'est que légèrement inférieure avec les tranches traitées par CEHP à ce qu'elle est avec les tranches traitées à la chaleur (75°C)(figure 13). Cependant l'aptitude au pressage est d'environ 22% supérieure (tableau 4).
    Le séchage des tranches pressées montre qu'en dépit du fait que la teneur en matière sèche de la pulpe pressée traitée par CEHP est plus élevée que celle des tranches non traitées, les caractéristiques du processus de séchage sont similaires. Ceci aboutit à un séchage plus rapide des tranches traitées, et en fait le temps de séchage est raccourci d'une durée allant jusqu'à 40% (figure 14), ce qui aboutit à accroítre l'économie d'énergie.
    Extraction en une étape de tranches de betteraves sucrières.
    Brutes Pulpe pressée Jus
    Traitement Ts(%) °S(g/100 g) Poids (%) Ts(%) °S(g/100 g) Gain rel. (%) Pureté
    Therm. (75°C) 29,61 21,89 28,03 19,18 2,23 97,14 87,40
    CEHP (45°C) 29,61 21,89 21,59 24,50 2,30 97,73 91,80
    Exemple 5 Trois pressages
    Afin d'obtenir un jus ayant une valeur du pourcentage en poids de matière sèche élevée, on presse légèrement trois fois les tranches traitées par CEHP (2 ou 5 MPa pendant 5 minutes) en mélangeant de façon intermittente avec de l'eau (1:1). Lors de cet essai, on observe que le saccharose est recueilli deux à trois fois plus rapidement qu'avec les tranches non traitées (20°C). De plus la quantité totale de jus n'est que de 40% supérieure à la quantité de tranches de départ (tableau 5). Ceci souligne l'avantage économique du procédé actuel. On presse le matériau extrait thermiquement de façon classique à 30 MPa pendant 15 minutes, et on le sèche à une teneur en substance sèche beaucoup plus faible. Cela signifie non seulement que le processus prend plus de temps, mais qu'il est également beaucoup plus coûteux du point de vue énergétique.
    Trois pressages.
    Brutes Pulpe pressée Jus
    Traitement Ts(%) °S(g/100 g) Poids (%) Ts(%) °S(g/100 g) Gain rel. (%) Pureté
    Therm. (75°C) 26,47 21,32 19,10 - - 96,20 93,91
    CEHP (45°C) 26,47 21,32 17,10 29,91 2,87 97,70 93,12
    Exemple 6 Deux pressages
    Les figures 16 à 18 et les tableaux 6 à 8 donnent une vue d'ensemble de l'effet de différentes tailles de matériaux de betteraves sucrières réduits en tranches sur l'extraction et le pressage. Le pressage est effectué deux fois (2 MPa, 5 minutes et 30 MPa, 15 minutes) avec une remise en suspension intermittente du matériau dans un quart du volume d'eau. En général on trouve que le traitement CEHP du matériau de betterave sucrière aboutit à une récupération accrue de saccharose par comparaison avec un matériau non traité de même taille. Lorsque la taille diminue, l'effet du traitement CEHP devient moins prononcé, mais l'effet est toujours présent et favorable pour le traitement CEHP.
    Tranches (pressées deux fois).
    Brutes Pulpe pressée Jus
    Traitement Ts(%) °S(g/100 g) Poids (%) Ts(%) °S(g/100 g) Gain rel. (%) Pureté
    Therm. (75°C) 25,28 20,60 58,38 27,88 20,41 42,16 92,10
    CEHP (45°C) 26,60 20,10 22,77 30,71 11,18 87,33 90,90
    Minces tranches (pressées deux fois)
    Brutes Pulpe pressée Jus
    Traitement Ts(%) °S(g/100 g) Poids (%) Ts(%) °S(g/100 g) Gain rel. (%) Pureté
    Therm. (75°C) 25,70 19,73 55,41 - 18,14 49,06 89,45
    CEHP (45°C) 25,70 19,73 15,03 37,63 6,40 95,12 92,64
    La quantité de saccharose extrait pour les betteraves traitées est supérieure à ce qu'elle est pour le matériau non traité dans tous les cas. Pour les tranches, les chiffres sont de 88% contre 42%, pour les tranches minces de 95,2% contre 49% et pour le matériau broyé de 98% contre 89%. En pressant deux fois, on obtient des jus ayant une valeur de pourcentage en poids de matière sèche élevée et une pulpe ayant une faible quantité de saccharose résiduel.
    Tranches fines (pressées deux fois)
    Brutes Pulpe pressée Jus
    Traitement Ts(%) °S(g/100 g) Poids (%) Ts(%) °S(g/100 g) Gain rel. (%) Pureté
    Therm. (75°C) 26,47 21,32 19,77 31,98 11,40 89,43 86,10
    CEHP (45°C) 24,29 19,72 13,50 36,75 3,62 97,52 92,00
    Exemple 7 Pressage unique
    Les résultats d'un pressage unique (3 MPa, 15 minutes) en relation avec la taille des tranches sont présentés dans les tableaux 9-10 et les figures 19 à 21. Les résultats sont semblables à ceux que l'on obtient avec un double pressage.
    Tranches (pressage unique)
    Brutes Pulpe pressée Jus
    Traitement Ts(%) °S(g/100 g) Poids (%) Ts(%) °S(g/100 g) Gain rel. (%) Pureté
    Therm. (75°C) 25,44 19,86 67,86 26,39 18,44 36,99 95,97
    CEHP (45°C) 28,12 21,97 30,76 34,46 20,20 71,72 93,12
    Tranches minces (pressage unique)
    Brutes Pulpe pressée Jus
    Traitement Ts(%) °S(g/100 g) Poids (%) Ts(%) °S(g/100 g) Gain rel. (%) Pureté
    Therm. (75°C) 26,00 19,05 56,07 29,88 19,95 41,28 91,42
    CEHP (45°C) 26,94 19,41 19,36 38,59 15,76 84,28 90,73
    Tranches fines (pressage unique)
    Brutes Pulpe pressée Jus
    Traitement Ts(%) °S(g/100 g) Poids (%) Ts(%) °S(g/100 g) Gain rel. (%) Pureté
    Therm. (75°C) 25,35 18,78 23,54 35,50 16,40 79,44 95,00
    CEHP (45°C) 26,84 20,31 16,65 38,80 13,94 88,57 90,18

    Claims (7)

    1. Procédé d'extraction de sucre à partir de betteraves sucrières ou de morceaux de ces betteraves sucrières, caractérisé en ce que
      a) on traite des betteraves sucrières ou de gros morceaux de ces betteraves dans l'eau avec des impulsions de champ électrique, consistant en fortes impulsions de champ électrique de 0,5 à 40 kV/cm et de 0,025 à 5 µF et de 1 à 2000 impulsions, les betteraves sucrières ou les gros morceaux de ces betteraves ayant au moins les dimensions suivantes au cours de l'application d'un champ électrique, 2 x 10 x 10 cm (sous forme de bloc) ou 2 x 10 cm (sous forme de cylindre),
      b) on extrait et/ou on presse les betteraves sucrières ou les morceaux de ces betteraves sucrières à une température comprise entre 0 et 45°C.
    2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l'on réduit en tranches et/ou l'on broie les betteraves sucrières ou de gros morceaux de ces betteraves sucrières avant l'extraction et/ou le pressage.
    3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'avant ou après le traitement CEHP à 0, 5 à 40 kV/cm on administre un traitement avec des impulsions de l'ordre de 20 à 70 kV/cm afin d'inactiver les micro-organismes.
    4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on presse entre 2 et 30 MPa le matériau traité par un champ électrique.
    5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau pressé est :
      a) remis en suspension dans l'eau, et
      b) pressé à nouveau de 20 à 300 bars et, facultativement,
      c) les étapes a) et b) sont répétées.
    6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la remise en suspension à l'étape a) se fait dans de l'eau à 1:0,25 (matériau de betterave:eau (v/v)) et ce qu'on répète le pressage une fois à 300 bars pendant 15 minutes.
    7. Procédé selon la revendication 1 que l'on réalise au cours du transport des betteraves dans les canaux d'amenée ou après avoir lavé et/ou découpé les betteraves.
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