SECHAGE DE LA SPIRULINE et UTILISATION DE CAPTEUR SOLAIRE

SECHAGE DE LA SPIRULINE et UTILISATION DE CAPTEUR SOLAIRE

Dégradations des aliments après récolte La spiruline après la récolte est un aliment très vulnérable, et elle se dégrade très rapidement du fait de : 1 la détérioration microbiologique, par les bactéries 2 la détérioration autolytique, par les enzymes 3 l’oxydation de la graisse 1 Les bactéries Les bactéries sont des micro-organismes unicellulaires invisibles à l’œil nu qui décomposent les déchets et les corps des organismes morts. Certaines provoquent de graves maladies. Dans des conditions microbiologiques favorables, la détérioration démarre vite dans les produits frais et non acides ou basiques, d’autant plus vite que beaucoup de cellules ont été dégradées avant le séchage. Elles se multiplient par 10 000 en 7 heures à 35°C Elles se développent mieux à un pH entre 4,5 et 8,5-9. La température idéale est entre 7 et 55°C . Les températures limites de croissance sont -10 et 70C. Le chauffage prolongé les détruit sauf pour les spores. La contamination provient de matériel mal lavé, de poussière, de personne… Le temps écoulé entre la contamination d’un produit et son traitement joue un rôle très important. Observez les règles d’ hygiène pratiquées dans l’agro-alimentaire. Lavez-vous soigneusement les mains à l’eau chaude et au savon après avoir fait un travail sale et avant de toucher les aliments. Changez souvent les torchons et lavez régulièrement vos vêtements. Posez le produit sur des surfaces lisses facilement lavables (par exemple acier inoxydable, carreaux, pierre). Tenez propres les endroits de stockage en les lavant régulièrement avec une solution de carbonate de sodium (soude ménagère). Lavez régulièrement les instruments utilisés. Couvrez bien les aliments. Ne gardez jamais de restes à la température ambiante. Utilisez de l’eau propre. Au besoin, faites-la bouillir

2 Les enzymes Les enzymes sont des protéines qui contribuent à des réactions biologiques, notamment la conversion de certaines substances organiques en d’autres. Après la mort des cyanobactéries, les enzymes qu’elles contiennent sont toujours vivants et ils se mettent à décomposer ses composants en unités plus petites, ce qui altère l’odeur, le goût et la texture. Un traitement thermique (p.ex. la pasteurisation) permet l’inactivation des enzymes. 3 Oxydation des lipides Des réactions peuvent avoir lieu entre la graisse et l’oxygène de l’air. Une longue exposition à l’air, par exemple lors du séchage et du fumage, donne aux produits gras une odeur et un goût rances.

Il est donc nécessaire d’utiliser une ou plusieurs techniques de conservation pour pouvoir stocker la spiruline récoltée et lui garder ses qualités. La diminution de l’activité de l’eau est une technique accessible à beaucoup car l’activité de l’eau dépend de la teneur en eau et de la température du produit. L’activité de l’eau c’est l’humidité relative d’un air en équilibre avec le produit.

Pour une température donnée, on caractérise produit par sa courbe de sorption qui est la courbe reliant la teneur en eau à l’équilibre du produit et l’activité de l’eau (ou Humidité Relative de l’air en équilibre avec le produit). Courbe de sorption de la spiruline à 50°C et 60°C

Techniques de conservation et séchage Parmi les techniques usuelles de conservation des aliments nous pourrions envisager la congélation, la stérilisation en conserve, la saumure ou le séchage. Traditionnellement la spiruline est séchée au Tchad et elle est salée sous forme de fromage au Mexique. Les opérations qui se prêtent le mieux aux opérations artisanales sont la dessiccation, la conservation chimique et le traitement thermique.

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Tous les traitements de conservation vont détériorer plus ou moins l’aliment, et le choix de la technique dépendra du coût que l’on est près à payer et de l’exigence de qualité qui est fixé. La conservation de produits aromatiques (épices et plantes médicinales) est particulièrement difficile du fait de l’évaporation des composés volatils lors du séchage. Nous allons passer décrire les procédés de séchage facilement accessible dans le but : - de comprendre les points importants à vérifier pour obtenir un séchage de qualité - de savoir comment dimensionner un séchoir solaire en fonction de la taille de la culture - de savoir quelles sont les possibilités d’amélioration du séchoir

Le déshydratation comme technique de séchage Le salage et la déshydratation par immersion-imbibition (DII) L’addition de sel ou de sucre permet d’arrêter le développement des microorganismes (p.ex. le salage de la viande et du poisson). L’eau sort de la cellule vers le milieu pour équilibrer la pression, diminuant l’activité de l’eau. Les dégradations enzymatiques et autres deviennent plus difficiles. Il a été démontré que les solutés sel et sucre ont un effet antagoniste sur le changement de la masse d’eau : le sucre reste dans l’espace extracellulaire alors que le sel peut pénétrer dans les cellules du fait de la différence de leur masse moléculaire ce qui réduit le gradient de la pression osmotique et augmente le gain en sels. Pour connaitre la pression osmotique optimale pour la spiruline, il faudrait observer à quelle dose de soluté, les cellules commencent à éclater. L’application d’un vide stationnaire accélère la perte en eau mais ne change pas le transfert de solutés. Les aliments uniquement traités par des bains ne sont pas encore stables, il faut leur appliquer un séchage (poissons, dattes, viandes). Cette technique contribue à diminuer le temps nécessaire pour obtenir l’arrêt des dégradations.

Le séchage

Le séchage est sans doute la méthode la plus facilement accessible aux populations des zones géographiques de croissance naturelle de la spiruline, surtout lorsque l’on utilise le soleil comme source d’énergie. Elle permet en outre : - des économies importantes de logistique lors de la diffusion ou commercialisation de la spiruline (volume à emballer et masse à transporter) - l’amélioration de la qualité sanitaire des produits par une stérilisation partielle (destruction des agents de dégradation)

Processus du séchage Séchage par ébullition L’ébullition d’un liquide se produit lorsque sa température est telle que la pression de vapeur P de l’eau de ce liquide est égale à la pression totale ambiante P t : P=Pt

Plus faible sera la pression ambiante, plus basse sera la température de vaporisation de l’eau. Normalement, il faut porter le produit à 100°C pour obtenir l’ébullition, sous un vide poussée l’eau boue en dessous de 20°C. ( processus utilisé dans la lyophilisation)

Séchage par entrainement Lorsqu’un corps humide est placé dans un courant d’air (ou dans un autre gaz) suffisamment chaud et sec, il s’établit spontanément entre ce corps et l’air un écart de température et de pression partielle d’eau tels que : Un transfert de chaleur s’effectue de l’air vers le produit sous l’effet de l’écart de température. * Un transfert d’eau s’effectue en sens inverse du fait de l’écart de concentration en eau dans l’air. L’air sert donc à la fois de fluide chauffant et de gaz vecteur pour l’eau enlevée : entrant sec et chaud dans le séchoir, il en ressort humide et moins chaud. On remarque que la température de surface du produit (29°C dans l’exemple donné) est loin des 100°C que demanderait l’ébullition à la pression atmosphérique. Le séchage par entraînement est plus important par rapport au séchage par ébullition. Le cout énergétique du séchage peut être diminué par récupération de la chaleur de l’air chaud et humide.

Air de séchage T=80°C Pression de vapeur d’eau = 4000 PA

Air au contact de la spiruline T=29°C Pression de vapeur d’eau = 9000 PA

Spiruline x

Les méthodes de séchage les plus utilisées dans l’industrie sont les suivantes : * Le séchage par air chaud ou séchage ‘traditionnel’. * Le séchage à la vapeur surchauffée. * Le séchage par pompe à chaleur. * Le séchage par chambre chaude. * Le séchage sous vide.

Le phénomène de séchage comprend normalement 3 phases Correspondant Au chauffage du produit (0), à l’évaporation constante (1) tant qu’il y a beaucoup d’eau, et au séchage à vitesse décroissante (2). Dans le cas de la spiruline, on n’observe que 2 phases : le chauffage du produit (et du séchoir) puis la phase à vitesse décroissante. L’eau est de plus en plus difficilement éliminée du fait de ses liaisons avec les autres constituants cellulaires et du fait que l’eau doit passer du centre du spaghetti vers sa surface (disparition de l’eau libre en surface du produit, épaisseur du produit et diffusivité de l’eau dans le produit qui varie avec la teneur en eau du produit, résistance mécanique des parois cellulaires intactes, croutage =cristallisation de sucre ou sel à la surface)

On observe dans la courbe de séchage de la spiruline (Oliveira 2006, 60°C-4kg/m²) une période à décroissante rapide au cours de laquelle la température de surface monte lentement, suivie d’une longue période à décroissante lente au cours de laquelle la température du produit tend vers la température de l’air.

Teneur en eau à l’équilibre La teneur en eau de la spiruline diminue jusqu’à atteindre une valeur limite d’équilibre qui dépend de la température et de l’humidité relative de l’air de séchage (HR).

Si HR à la fin du séchage n’est pas suffisamment basse, l’humidité du produit à l’équilibre risque d’être trop élevée pour assurer sa conservation. De même si le produit est stocké quelques heures dans un air humide sans emballage (ou emballage non imperméable à la vapeur d’eau), il se réhumidifie. On peut trouver de courbes de sorption, qui donne la valeur de l’humidité d’équilibre du produit en fonction des caractéristiques de l’air ambiant (T °C et HR) Voici 2 courbes de sorption de la spiruline à 50°C et 60°C en fonction de l’HR (donc l’air dans le séchoir) On peut noter qu’à 50°C, la teneur à l’équilibre ne passe pas en dessous de 10%, quelque soit l’humidité relative alors qu’à 60°C on obtient des taux inférieurs à 10% dès une HR de 40%. Courbe caractéristique de séchage On peut tracer une courbe pour chaque combinaison des paramètres du séchoir : vitesse, température, et humidité de l’air entrant. Une fois tracée, il suffit de connaitre les valeurs de la teneur en eau initiale et d’équilibre pour pouvoir décrire l’évolution du séchage et donc savoir à quel moment on peut arrêter le séchage.

Capacité de séchage Influence de la température de l’air Plus l’air sera chaud, plus il pourra transférer de chaleur au produit qui, lui, échangera son humidité avec l’air. La chaleur doit être utilisée pour chauffer le produit, le séchoir devra avoir une faible capacité thermique et être bien isolé. On doit cependant limiter la température de l’air, ou plus exactement la température du produit, pour éviter la dégradation des qualités nutritionnelles de la spiruline. - en début du séchage, l’évaporation est importante et la température du produit reste éloignée de la température de l’air et s’élève doucement, - en fin de séchage, l’évaporation est faible et la température du produit est proche de la température de l’air. Il est donc intéressant de conduire le séchage en deux temps. Un premier temps avec une température de l’air élevée et un second temps avec une température entre 55°C et 60°C , pour arriver à la teneur en eau recherchée (