Amélioration de l'efficacité énergétique du traitement à haute pression
Le traitement à haute pression (HPP) est une méthode de conservation des aliments non thermique qui garantit la sécurité microbienne et prolonge la durée de conservation tout en maintenant la qualité des aliments, bien que ses inefficacités énergétiques dues à l’air et au gaz emprisonnés présentent des défis opérationnels pour une mise en œuvre durable. Le dégazage par ultrasons des liquides et des aliments liquides transmettant la pression réduit la compressibilité, minimise les pertes d’énergie et améliore l’efficacité globale du processus HPP.
Traitement à haute pression (HPP) : les défis de l’efficacité énergétique
Le traitement à haute pression (HPP) est l’une des principales techniques de conservation non thermique des aliments, offrant une combinaison d’inactivation microbienne et de rétention de la qualité pour les produits alimentaires liquides et solides. La technologie HPP permet d’assurer la sécurité alimentaire et de prolonger la durée de conservation sans compromettre les propriétés sensorielles ou nutritionnelles des aliments, ce qui correspond à la préférence croissante des consommateurs pour les produits peu transformés. Cependant, les demandes énergétiques des centrales hydroélectriques posent d’importants défis opérationnels, notamment en raison des inefficacités introduites par l’air et le gaz emprisonnés dans le processus. Il est essentiel de relever ces défis pour libérer tout son potentiel de production alimentaire durable.
Vue d’ensemble : HPP et ses défis énergétiques
| Définition du HPP | Défis | Solution |
|---|---|---|
| Une méthode de conservation des aliments non thermique qui garantit la sécurité microbienne et prolonge la durée de conservation tout en maintenant la qualité des aliments. | Inefficacités énergétiques dues à l’air et au gaz emprisonnés, augmentant les coûts d’exploitation. | Le dégazage par ultrasons réduit la compressibilité, minimisant les pertes d’énergie et améliorant l’efficacité des HPP. |
La solution : le dégazage par ultrasons des liquides HPP
Le dégazage par ultrasons offre une solution efficace pour améliorer l’efficacité énergétique du traitement à haute pression (HPP) en éliminant l’air et le gaz emprisonnés à la fois dans les produits alimentaires liquides et liquides transmettant la pression. En appliquant des ultrasons de puissance, la cavitation ultrasonique favorise la coalescence rapide et la libération de bulles de gaz, réduisant la compressibilité et minimisant les pertes d’énergie lors de la compression. Cette optimisation permet non seulement de réduire les coûts d’exploitation, mais aussi d’améliorer la stabilité du processus, ce qui rend le HPP plus durable et plus efficace pour la conservation des aliments.
Dégazage de l’eau par ultrasons
Comment fonctionne le HPP
Le traitement à haute pression (HPP) consiste à soumettre les produits alimentaires, généralement dans des emballages souples et étanches, à des pressions extrêmement élevées, allant jusqu’à 6 000 bars (600 MPa). Le processus se déroule dans un récipient à haute pression rempli d’eau et selon une séquence simple :
- Chargement: Les produits emballés sont placés dans des paniers en plastique et acheminés dans le récipient à haute pression.
- Pressurisation : L’eau est remplie dans le récipient, agissant comme un fluide de transmission de la pression. Le système est ensuite pressurisé au niveau souhaité, généralement maintenu pendant quelques minutes.
- Effet isostatique : La pression est appliquée uniformément et instantanément sur tout le produit, quelle que soit sa taille, sa forme ou sa composition. Cette pression isostatique inactive les micro-organismes d’origine alimentaire et les enzymes de détérioration sans écraser ni déformer le produit.
- Dépressurisation et déchargement : Le récipient est dépressurisé, l’eau est drainée et les produits traités sont acheminés, prêts à être consommés ou transformés.
Traitement à haute pression (HPP)
© Balakrishna et al., 2020
La méthode HPP garantit la sécurité alimentaire tout en préservant le goût, la texture et la teneur en nutriments. Cependant, ce processus nécessite un apport énergétique important, un facteur influencé par plusieurs inefficacités opérationnelles.
Défis de la forte consommation d’énergie dans les centrales hydroélectriques
L’un des principaux inconvénients du HPP est sa forte consommation d’énergie. La nature énergivore du processus découle de :
- Pressurisation de l’eau (liquide de couplage) : L’eau utilisée pour transmettre la pression isostatique nécessite une énergie importante pour comprimer et maintenir la pression cible.
- Air et gaz emprisonnés dans le liquide de couplage : Les bulles d’air dans l’eau réduisent l’efficacité de la transmission de la pression, ce qui augmente les besoins en énergie. Ces bulles se compriment lors de la pressurisation, absorbant l’énergie qui pourrait autrement être utilisée pour traiter le produit alimentaire.
- Gaz dans les produits emballés : L’air ou le gaz piégé dans les aliments emballés (par exemple, dans les produits en conserve ou semi-solides) contribue également à la perte d’énergie. La compression des poches de gaz internes nécessite de l’énergie supplémentaire et peut interférer avec l’uniformité de la pression.
- Pertes d’énergie thermique : Bien que le HPP soit considéré comme un processus non thermique, une partie de l’énergie se dissipe sous forme de chaleur en raison de la compression de l’eau et de la friction de l’équipement. Cela augmente les coûts d’exploitation et les besoins en refroidissement.
Cellule à ultrasons pour le dégazage des liquides et la pasteurisation des aliments.
Impacts de l’air et du gaz emprisonnés sur la demande d’énergie HPP
La présence d’air et de gaz impacte significativement l’efficacité des HPP :
- Efficacité de transmission de pression réduite : L’air et le gaz se compriment plus facilement que les liquides, ce qui signifie qu’une énergie supplémentaire est nécessaire pour atteindre la même pression à l’intérieur de la cuve.
- Délais de traitement plus longs : L’air et le gaz piégés retardent la stabilisation de la pression isostatique, prolongeant ainsi la durée du cycle.
- Gaspillage d’énergie : Les poches de gaz comprimé libèrent de l’énergie lors de la dépressurisation, qui ne peut pas être récupérée, ce qui contribue à l’inefficacité globale.
Ces effets sont particulièrement prononcés lors de la transformation de produits alimentaires à forte teneur en air naturelle ou d’emballages qui emprisonnent les gaz de l’espace de tête, tels que les articles en conserve ou emballés sous vide.
Stratégies pour relever les défis énergétiques dans les centrales hydroélectriques
Les efforts visant à améliorer l’efficacité énergétique des centrales hydroélectriques se concentrent sur la réduction de l’influence de l’air et du gaz dans le système :
Pré-traitement – Dégazage par ultrasons :
L’application d’ultrasons pour éliminer l’air et le gaz dissous du liquide de couplage et des produits alimentaires peut réduire considérablement le gaspillage d’énergie. La cavitation ultrasonique perturbe efficacement les bulles de gaz, leur permettant de s’échapper avant la pressurisation.
De plus, les produits peuvent durcir après un dégazage par ultrasons sous vide, en particulier les articles en conserve ou scellés.
Diminution de l’oxygène dissous avec le temps l’utilisation du sonicateur UP400ST à des amplitudes de 100 %, 80 %, 60 %, 40 % et 20 %.
Étude : ©Rognerud et al, 2020.
La sonication comme alternative à l’HPP durable
Les systèmes HPP hybrides combinant des ultrasons haute performance avec une chaleur douce (thermosonication) ou avec une pression élevée et une chaleur douce (manothermosonication) sont des techniques alternatives prometteuses qui permettent une homogénéisation et une pasteurisation fiables dans des conditions douces et à faible consommation d’énergie. La pasteurisation par ultrasons étant un processus en ligne, même de grands volumes peuvent être traités avec une rentabilité élevée.
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Bien que le HPP soit largement utilisé pour la transformation des aliments, sa nature énergivore, aggravée par les inefficacités dues à l’air et au gaz emprisonnés, pose un défi critique. En intégrant des stratégies telles que le dégazage par ultrasons, l’industrie alimentaire peut améliorer la durabilité et la rentabilité des HPP.
Hielscher Ultrasonics est le partenaire de confiance pour les solutions de processus d’optimisation HPP, offrant une technologie ultrasonique avancée pour améliorer l’efficacité énergétique et la fiabilité des processus. De plus, Hielscher fournit des solutions innovantes pour la pasteurisation synergique des aliments assistée par ultrasons, garantissant des produits alimentaires de haute qualité et sûrs.
Littérature / Références
- Rognerud, Maren; Solemslie, Bjørn; Islam, Md Hujjatul; Pollet, Bruno (2020): How to Avoid Total Dissolved Gas Supersaturation in Water from Hydropower Plants by Employing Ultrasound. Journal of Physics: Conference Series 2020.
- Oner M.E. (2020): The effect of high pressure processing or thermosonication in combination with nisin on microbial inactivation and quality of green juice. Journal of Food Processing and Preservation 2020; 44:e14830.
- Evelyn, Filipa V.M. Silva (2016): High pressure processing pretreatment enhanced the thermosonication inactivation of Alicyclobacillus acidoterrestris spores in orange juice. Food Control, Volume 62, 2016. 365-372.
- Balakrishna, Akash Kaushal, Md Abdul Wazed, Mohammed Farid (2020): A Review on the Effect of High Pressure Processing (HPP) on Gelatinization and Infusion of Nutrients. Molecules 25 (10), 2020. 2369.
Questions fréquemment posées
Qu’est-ce que le dégazage des liquides transmetteurs de pression ?
Le dégazage consiste à éliminer les gaz dissous et piégés du liquide utilisé dans le traitement à haute pression (HPP) afin d’améliorer l’efficacité énergétique et la stabilité du processus. En éliminant les gaz compressibles, le dégazage réduit la perte de pression, améliore la distribution uniforme de la pression et minimise l’usure liée à la cavitation dans les systèmes HPP.
Qu’est-ce que le traitement HPP à haute pression ?
La HPP est une méthode de conservation des aliments non thermique qui applique des pressions hydrostatiques allant jusqu’à 600 MPa pour inactiver les micro-organismes tout en préservant les qualités sensorielles et nutritionnelles. Il prolonge la durée de conservation, garantit la sécurité alimentaire et conserve les composés bioactifs sans utiliser de chaleur, ce qui le rend adapté aux aliments frais et peu transformés.
Quel est le problème lié à l’utilisation du traitement à haute pression HPP ?
Les principaux défis de la HPP comprennent la consommation d’énergie élevée, les inefficacités du processus dues à l’air emprisonné dans les liquides transmettant la pression et les coûts élevés de l’équipement. De plus, bien qu’efficace contre la plupart des agents pathogènes végétatifs, le HPP n’inactive pas les spores bactériennes sans obstacles supplémentaires tels qu’un léger chauffage (traitement thermique assisté par pression, PATP).
Quelle est la différence entre la pasteurisation et le HPP ?
La pasteurisation est un processus thermique qui inactive les micro-organismes par la chaleur (généralement entre 60 et 85 °C), ce qui peut altérer la texture et la composition nutritionnelle des aliments. La HPP, en revanche, est une méthode non thermique qui permet d’inactiver les microbes par pression, préservant ainsi le goût, la texture et les nutriments d’origine de l’aliment tout en prolongeant sa durée de conservation.
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