Amélioration de l’efficacité énergétique du traitement à haute pression
Le traitement à haute pression (HPP) est une méthode non thermique de conservation des aliments qui garantit la sécurité microbiologique et prolonge la durée de conservation tout en préservant la qualité des aliments ; toutefois, ses inefficacités énergétiques dues à l’air et aux gaz piégés posent des défis opérationnels pour une mise en œuvre durable. Le dégazage par ultrasons du liquide de transmission de pression et des aliments liquides réduit la compressibilité, ce qui minimise les pertes d’énergie et améliore l’efficacité globale du procédé HPP.
Traitement à haute pression (HPP) : défis en matière d’efficacité énergétique
Le traitement à haute pression (HPP) est l’une des principales techniques non thermiques de conservation des aliments ; il associe l’inactivation microbienne à la préservation de la qualité des produits alimentaires liquides et solides. La technologie HPP assure la sécurité des aliments et prolonge leur durée de conservation sans altérer leurs propriétés sensorielles ou nutritionnelles, répondant ainsi à la préférence croissante des consommateurs pour les produits peu transformés. Cependant, les besoins énergétiques du HPP posent d’importants défis opérationnels, notamment en raison des inefficacités introduites par l’air et les gaz piégés dans le procédé. Relever ces défis est essentiel pour exploiter pleinement son potentiel en faveur d’une production alimentaire durable.
Vue d’ensemble : le HPP et ses défis énergétiques
| Définition du HPP | Défis | Solution |
|---|---|---|
| Une méthode non thermique de conservation des aliments qui garantit la sécurité microbiologique et prolonge la durée de conservation tout en préservant la qualité des aliments. | Inefficacités énergétiques dues à l’air et aux gaz piégés, qui augmentent les coûts d’exploitation. | Le dégazage par ultrasons réduit la compressibilité, ce qui minimise les pertes d’énergie et améliore l’efficacité du 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 les gaz piégés, tant dans le liquide de transmission de pression que dans les produits alimentaires liquides. Sous l’effet des ultrasons de puissance, la cavitation ultrasonore favorise la coalescence et la libération rapides des bulles de gaz, ce qui réduit la compressibilité et minimise les pertes d’énergie pendant la compression. Cette optimisation réduit non seulement les coûts d’exploitation, mais améliore aussi la stabilité du procédé, rendant le HPP plus durable et plus efficace pour la conservation des aliments.
Dégazage de l’eau par ultrasons
Fonctionnement du HPP
Le traitement à haute pression (HPP) consiste à soumettre des produits alimentaires, généralement conditionnés dans des emballages souples et étanches, à des pressions extrêmement élevées pouvant atteindre 6 000 bar (600 MPa). Le procédé se déroule dans une enceinte haute pression remplie d’eau, selon une séquence simple :
- Chargement : Les produits emballés sont placés dans des paniers en plastique et acheminés dans l’enceinte haute pression.
- Mise en pression : l’enceinte est remplie d’eau, qui sert de milieu de transmission de la pression. Le système est ensuite mis sous pression jusqu’au niveau souhaité, généralement maintenu pendant quelques minutes.
- Effet isostatique : La pression s’applique de manière uniforme et instantanée sur l’ensemble du produit, quels que soient sa taille, sa forme ou sa composition. Cette pression isostatique inactive les micro-organismes d’origine alimentaire et les enzymes d’altération sans écraser ni déformer le produit.
- Dépressurisation et déchargement : L’enceinte est dépressurisée, l’eau est vidangée et les produits traités sont évacués, prêts à être consommés ou à subir une transformation ultérieure.
Traitement à haute pression (HPP)
© Balakrishna et al., 2020
La méthode HPP garantit la sécurité des aliments tout en préservant leur goût, leur texture et leur teneur en nutriments. Cependant, ce procédé nécessite un apport énergétique important, un facteur influencé par plusieurs inefficacités opérationnelles.
Défis liés à la forte consommation d’énergie du HPP
L’un des principaux inconvénients du HPP est sa forte consommation d’énergie. Le caractère énergivore du procédé s’explique par :
- La mise en pression de l’eau (liquide de couplage) : L’eau utilisée pour transmettre la pression isostatique nécessite une énergie importante pour être comprimée et maintenue à la pression cible.
- L’air et les gaz piégés dans le liquide de couplage : Les bulles d’air présentes dans l’eau réduisent l’efficacité de la transmission de la pression et augmentent les besoins énergétiques. Ces bulles se compriment pendant la mise en pression et absorbent de l’énergie qui pourrait sinon servir au traitement du produit alimentaire.
- Les gaz présents dans les produits emballés : L’air ou les gaz piégés dans les aliments emballés (par ex. dans les produits en conserve ou semi-solides) contribuent de la même manière aux pertes d’énergie. La compression des poches de gaz internes nécessite une énergie supplémentaire et peut nuire à l’uniformité de la pression.
- Les pertes d’énergie thermique : Bien que le HPP soit considéré comme un procédé non thermique, une partie de l’énergie se dissipe sous forme de chaleur en raison de la compression de l’eau et des frottements des équipements. Cela augmente les coûts d’exploitation et les besoins de refroidissement.
Cellule à circulation à ultrasons pour le dégazage des liquides et la pasteurisation des aliments.
Effets de l’air et des gaz piégés sur la demande énergétique du HPP
La présence d’air et de gaz influe considérablement sur l’efficacité du HPP :
- Efficacité réduite de la transmission de la pression : L’air et les gaz se compriment plus facilement que les liquides, ce qui signifie qu’une énergie supplémentaire est nécessaire pour atteindre la même pression dans l’enceinte.
- Durées de traitement plus longues : L’air et les gaz piégés retardent la stabilisation de la pression isostatique, ce qui allonge la durée des cycles.
- Gaspillage d’énergie : Les poches de gaz comprimées libèrent lors de la dépressurisation une énergie qui ne peut pas être récupérée, ce qui contribue à l’inefficacité globale.
Ces effets sont particulièrement marqués lors du traitement de produits alimentaires à teneur en air naturellement élevée ou dont l’emballage retient un gaz d’espace de tête, comme les produits en conserve ou emballés sous vide.
Stratégies pour relever les défis énergétiques du HPP
Les efforts visant à améliorer l’efficacité énergétique du HPP se concentrent sur la réduction de l’influence de l’air et des gaz dans le système :
Prétraitement – dégazage par ultrasons :
L’application d’ultrasons pour éliminer l’air et les gaz dissous du liquide de couplage et des produits alimentaires peut réduire considérablement le gaspillage d’énergie. La cavitation ultrasonore désagrège efficacement les bulles de gaz, ce qui leur permet de s’échapper avant la mise en pression.
En outre, les produits peuvent durcir après le dégazage par ultrasons sous vide, en particulier les produits en conserve ou scellés.
Diminution de l’oxygène dissous au fil du temps avec le sonicateur UP400ST à des amplitudes de 100 %, 80 %, 60 %, 40% et 20 %.
Étude : ©Rognerud et al., 2020.
La sonication comme alternative pour un HPP durable
Les systèmes HPP hybrides associant des ultrasons haute performance à une chaleur modérée (thermosonication) ou à une pression élevée et une chaleur modérée (manothermosonication) sont des techniques alternatives prometteuses qui assurent une homogénéisation et une pasteurisation fiables dans des conditions douces et avec une faible consommation d’énergie. La pasteurisation par ultrasons étant un procédé en ligne, même de grands volumes peuvent être traités avec une rentabilité élevée.
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Bien que le HPP soit largement utilisé dans la transformation des aliments, son caractère énergivore, aggravé par les inefficacités dues à l’air et aux gaz piégés, constitue un défi majeur. En intégrant des stratégies telles que le dégazage par ultrasons, l’industrie alimentaire peut améliorer la durabilité et la rentabilité du HPP.
Hielscher Ultrasonics est le partenaire de confiance pour les solutions de procédé dans l’optimisation du HPP et propose une technologie ultrasonore avancée pour améliorer l’efficacité énergétique et la fiabilité des procédés. En outre, Hielscher fournit des solutions innovantes de pasteurisation des aliments assistée par ultrasons à effet synergique, garantissant des produits alimentaires sûrs et de haute qualité.
Bibliographie / 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.
Foire aux questions
Qu’est-ce que le dégazage des liquides de transmission 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 procédé. En éliminant les gaz compressibles, le dégazage réduit les pertes de pression, améliore l’uniformité de la répartition de la pression et minimise l’usure liée à la cavitation dans les systèmes HPP.
Qu’est-ce que le traitement à haute pression (HPP) ?
Le HPP est une méthode non thermique de conservation des aliments qui applique des pressions hydrostatiques pouvant atteindre 600 MPa pour inactiver les micro-organismes tout en préservant les qualités sensorielles et nutritionnelles. Il prolonge la durée de conservation, garantit la sécurité des aliments et préserve les composés bioactifs sans recourir à la chaleur, ce qui le rend adapté aux aliments frais et peu transformés.
Quel est le problème de l’utilisation du traitement à haute pression (HPP) ?
Les principaux défis du HPP sont la forte consommation d’énergie, les inefficacités du procédé dues à l’air piégé dans les liquides de transmission de pression et le coût élevé des équipements. En outre, bien qu’efficace contre la plupart des pathogènes végétatifs, le HPP n’inactive pas les spores bactériennes sans barrières supplémentaires telles qu’un chauffage modéré (traitement thermique assisté par pression, PATP).
Quelle est la différence entre la pasteurisation et le HPP ?
La pasteurisation est un procédé thermique qui inactive les micro-organismes par la chaleur (généralement 60–85°C), ce qui peut altérer la texture et la composition nutritionnelle des aliments. Le HPP, en revanche, est une méthode non thermique qui obtient l’inactivation microbienne par la pression, préservant le goût, la texture et les nutriments d’origine de l’aliment tout en prolongeant sa durée de conservation.
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