Amidon et production d'amidon

Copyright by amixon®, copie, réimpression, tra-duction dans d'autres langues - même en partie - uniquement avec l'autorisation écrite de amixon GmbH, Paderborn.

Dans l'Antiquité, l'amidon était extrait du blé pour être utilisé comme complément aux médicaments et comme colle.

Plus tard, nos ancêtres ont procédé de la même manière pour obtenir de la fécule de pomme de terre à partir de pommes de terre écrasées. En Europe, l'industrie de l'amidon s'est développée en tant que branche annexe de l'agriculture. Les dispositifs les plus simples étaient exploités et ce n'est qu'au cours de l'industrialisation qu'ils ont été perfectionnés pour devenir des machines spéciales de technologie des procédés. Il en a résulté une amélioration du degré de pureté, du rendement et de la structure des coûts.


Histoire de l’amidon

Env. 3 500 av. J.-C.

L'amidon est utilisé comme colle et produit de lissage pour les feuilles de papyrus

Env. 200 av. J.-C.

Traces écrites d'un procédé de production d'amidon à partir de céréales en Grèce et en Égypte

700 - 1300

L'amidon est utilisé pour l'éclaircissement et le lissage dans la fabrication de papier

1400

L'amidon est utilisé comme aide au repassage pour donner une bonne tenue aux vêtements

1600

L'amidon est la poudre de base pour les poudres, le maquillage et les teintures capillaires

1700

L'amidon est extrait du maïs et des pommes de terre aux États-Unis

1770

La colle d'amidon est utilisée pour l'encollage de fils

1811

Modification chimique / saccharification de l'amidon par catalyse acide

1890

L'Allemagne compte environ 250 entreprises de production d'amidon

Aujourd’hui

En Allemagne, environ 2 600 personnes travaillent dans l'industrie de l'amidon au sein de 14 usines différentes. La production d'amidon en Europe est d'environ 12 millions de tonnes.


En Europe, les matières premières pour la production d’amidon sont la pomme de terre, le blé et le maïs, tandis qu'en dehors du continent, l'amidon est également extrait du tapioca et du riz. Aujourd'hui, le produit commercial qu'est l'amidon (C6H10O5)n peut contenir un maximum de 3 % de substances étrangères. Il a notamment été établi, sur le marché international de l'amidon, que la teneur en protéines brutes de l'amidon de céréales ne peut pas dépasser 0,58 % de la matière sèche (0,13 % pour la fécule de pomme de terre).



 

Teneur moyenne en amidon en pourcentage massique

Teneur en amylose de l'amidon

Blé

60-70

20-26

Mais

62-70

0-85

Pois ridés

30-40

50-80

Riz

70

0-25

Orge

60-70

60-70

Pomme de terre

10-20

20-28

Pomme de terre génétiquement modifiée

10-20

0

Plantes utiles avec leurs teneurs approximatives en amidon et en amylose

L'amidon de blé à faible teneur en protéines est utilisé pour les aliments diététiques (par ex. maladie cœliaque). Selon le Codex Alimentarius (normes alimentaires internationales), l'amidon est considéré comme sans gluten si la teneur en protéines (gluten) est inférieure à 20 mg/kg. Les méthodes d'analyse actuelles permettent de détecter des teneurs résiduelles en protéines inférieures à 5 mg/kg.

L'amidon est exclusivement composé de glucose et constitue la véritable source d'énergie de la plupart des plantes. Il est formé par photosynthèse avec le glucose comme

n C6H12O6 – (n-1) H2O   –>    (C6H10O5)n

 Glucose                                     Amidon

produit intermédiaire et est stocké dans les tubercules et les graines des plantes sous forme de grains d'amidon. Des milliers de molécules de glucose se réticulent les unes aux autres sous la forme d'une hélice et forment une molécule d'amidon, qui s'incorpore à son tour dans le grain d'amidon.

Les enzymes déterminent la composition et la structure des grains d'amidon. Ils peuvent établir une liaison glycosidique entre les molécules de glucose en une seule longue chaîne. Cette structure est appelée « amylose ». Lorsque des chaînes latérales sont reliées à ladite chaîne, il est question d’amylopectine.



La similitude moléculaire des molécules d'amidon et de cellulose est intéressante. L'amidon représente les réserves d'énergie des plantes, tandis que la cellulose forme leur structure de cellule – avec une résistance et une élasticité impressionnantes (par ex. bois ou tige de chanvre de 4 m).

undefinedundefined

En fonction de la forme α (= bas) ou β (= haut) du groupe -OH anomérique du sucre A, une liaison α-glycosidique ou une liaison β-glycosidique est créée.

Les chiffres 1,4 et 1,6 désignent les atomes de carbone correspondant dans la molécule de glucose.

L'amidon résulte de la liaison α.

Chaque molécule de glucose possède des groupes latéraux différents. Ces groupes -OH de molécules voisines vont de pair. L'eau est séparée. Ainsi se crée la liaison entre deux molécules de glucose. Les granules d'amidon sont constitués de milliers de molécules de glucose unies par des liaisons glycosidiques.

 

La cellulose résulte de la liaison β.

La liaison de groupes -OH opposés entraîne la formation d'une chaîne linéaire d'unités de glucose. Cette forme de la molécule se retrouve dans la cellulose, qui constitue le stabilisant de toutes les plantes.

Similitude de la structure moléculaire de la cellulose et de l'amidon

Selon le type d'amidon, les grains d'amidon sont de tailles différentes. Le diamètre des particules d'amidon de la pomme de terre peut dépasser 100 µm, tandis que celles du blé ont un diamètre compris entre 2 et 35 µm, celles du maïs entre 5 et 25 µm et celles de l'amarante entre 0,5 et 3 µm. L'amidon de blé présente une distribution bimodale des grains d'amidon (distribution de fréquence avec 2 maxima). Il est ainsi possible de produire, d'une part, de l'amidon de blé A de grande pureté (20 – 35 µm) et, d'autre part, de l'amidon de blé B à petits grains (2 – 10 µm) présentant une impureté plus élevée.

Selon son origine, l'amidon présente généralement une teneur en amylose de 14 % à 27 % et une teneur en amylopectine de 73 % à 86 %. Toutefois, des processus spéciaux d’amélioration des plantes permettent également de produire des amidons contenant jusqu'à 99 % d'amylopectine ou jusqu'à 85 % d'amylose.

 

Amylose

Amylopectine

Pouvoir liant de l'iode

20%

0 bis 1%

Couleur du complexe d’iode

Bleu foncé

Rouge-violet

Stabilité de la solution

Instable

Stable

Capacité d'épaississement

Faible

Élevée

Rétrogradation ; régression de l'amidon précédemment gélatinisé

Irréversible

Réversible

Gélatinisation/réticulation

Solide et rapide

Faible et lente

Caractéristiques distinctives des deux composants de l'amidon : l’amylose et l’amylopectine

L'amidon n'est pas soluble dans l'eau froide, mais les grains d'amidon peuvent légèrement gonfler de manière réversible, augmentant leur volume jusqu'à 28 %. Si l'eau est extraite de l'amidon, le gonflement diminue.

L'amidon natif permet de lier l'eau ou les produits humides, mais pas de façon permanente et surtout pas à des températures variables. L'amidon est donc modifié pour accélérer, contrôler ou stabiliser sa gélatinisation, pour épaissir les liquides et stabiliser leur consistance indépendamment des influences de la chaleur et du froid ou en cas d'agitation.

L’amidon modifié peut posséder des propriétés hydrophiles, mais aussi hydrophobes. L'amidon est ainsi adapté aux besoins des producteurs. Dans le secteur alimentaire, il s'agit en particulier des produits prêts à la consommationet de l'industrie des additifs de panification avec les étapes de processus telles la cuisson, la cuisson au four, le grillage, la surgélation et la décongélation, qui influencent les réactions de Maillard.

Il convient de distinguer 3 grands types de modification

Physique :

  • Par traitement thermique, broyage, prégélatinisation, séchage sur rouleau, extrusion ou agglomération. Il n’existe pas d’obligation de déclaration pour ce traitement dans le cas des produits alimentaires. En fonction de la solubilité à froid recherchée, il est possible de recourir soit au séchage sur rouleau, qui est rentable, soit au séchage par pulvérisation, plus coûteux. Lorsque l'amidon doit présenter des propriétés instantanées particulièrement bonnes, le séchage par pulvérisation est généralement combiné à une agglomération en lit fluidisé.

Chimique :

  • L'amidon est mis en suspension dans l'eau dans une cuve agitée et, après avoir ajouté de petites quantités d'acide ou de base, il est chauffé avec précaution sans atteindre la température de gélatinisation. Une fois une valeur pH spécifique définie, un réactif de modification est ajouté. Après neutralisation, lavage, filtration et séchage, l'amidon présente des propriétés complètement différentes. Si l'amidon est chimiquement transformé, dégradé, dextrinisé, estérifié, éthérifié ou oxydé, il doit être signalé comme additif dans des denrées alimentaires avec un numéro E ou identifié comme amidon modifié.

  • Si la structure cristalline des grains d'amidon doit être conservée dans une large mesure malgré une modification efficace, il est possible de recourir à la méthode de réticulation chimique des groupes de molécules d'amidon à l'aide d'hydroxyles appropriés tels l'éthylène, l’oxyde de propylène ou l’acide dicarboxylique. Il en résulte une réduction de la solubilité de l'amidon, une augmentation de la température de gélatinisation et, selon le taux de réticulation, l'élimination de la rétrogradation.

Enzymatique :

  • L'hydrolyse enzymatique de l'amidon est un procédé très efficace de saccharification de l'amidon pour en faire un édulcorant. Si les enzymes organisent et lient les structures moléculaires, forment des chaînes moléculaires et des chaînes latérales, ils peuvent également cliver ces molécules d'amidon. L'hydrolyse catalytique enzymatique de l'amidon se produit plus lentement que le clivage chimique, mais aussi avec un réchauffement plus faible. Les enzymes correspondantes peuvent être obtenues à partir de moisissures, de bactéries ou du pancréas de bovins. Une fois la réaction terminée, les enzymes sont complètement éliminées par lavage du dérivé de l'amidon ou inactivées. Le degré de dégradation de l'amidon peut être ajusté avec précision, ce qui permet d'obtenir une grande variété de produits (sirop de glucose). Il n’existe pas d’obligation de déclaration pour cette forme de modification. L'amidon peut également être clivé avec un acide (hydrolyse acide).

  • La maltodextrine (par ex. pour les boissons instantanées, les mélange d'épices, les préparations de fruits et les glaces) peut être obtenue efficacement de cette manière. L'amidon est mis en suspension dans de l'eau avec de l'alpha-amylase avec un lent mouvement d'agitation et est doucement chauffé. Des temps d'agitation et de séjour définis interviennent à différents niveaux de température, afin de garantir un clivage enzymatique aussi complet que possible. La suspension est ensuite lavée plusieurs fois, centrifugée et séchée.

  • Un type de séchage par contact particulièrement doux et efficace est réalisé dans le mélangeur-sécheur sous vide d'amixon®. Avec des températures particulièrement basses et un flux de brassage doux, le séchage est extrêmement rapide et doux.

L'intégrité d'un amidon naturel (natif) peut être facilement démontrée lorsque les grains d'amidon sont observés au microscope sous lumière polarisée. La biréfringence donne un aspect irisé aux grains d'amidon natif avec une croix noire, tandis que les grains d'amidon traité sont reconnaissables à leur aspect monochrome sans croix – de toute évidence, parce que leur structure cristalline est détruite.

Si l'amidon est chauffé sous forme de suspension aqueuse, le grain d'amidon est détruit au-delà d'une certaine température, le gonflement continue d’augmenter et l'amylose sort du grain. Ce processus est appelé « gélatinisation ». La viscosité augmente, à l'instar de la clarté du mélange amidon-eau et de sa conductivité électrique. Il s'agit d'une solution à viscosité structurelle, dont la viscosité diminue à mesure que la solution est agitée ou cisaillée. En refroidissant, la solution s'éclaircit, les chaînes de glucose s'alignent en parallèle et créent de nouvelles liaisons hydrogène. Selon le type d'amidon, un gel plus ou moins stable se forme.

Ce comportement de viscosité est exactement opposé à l'état initial. L'amidon humide (suspension d’amidon dans de l'eau) est dilatant. Plus la contrainte de cisaillement est élevée, plus la viscosité augmente. Dans certains cas, les composants d’entraînement et les outils de mélange peuvent même casser ou subir une déformation plastique en raison de l'effet de blocage.

Type d’amidon

Température de gélatinisation [°C]

Pouvoir de gonflement 

Pomme de terre

56 - 66

1 000

Maïs

75 - 80

24

Blé

80 - 85

21

Riz

61 - 78

20

Maïs cireux

63 - 72

64

La gélatinisation de l'amidon revêt une grande importance dans diverses applications industrielles

Un « Viscograph®-E » de Brabender ou un « Rapid Visco Analyser » constitue une technique de mesure efficace pour comparer les caractéristiques de gélatinisation de différents amidons. Au cours de ce processus, une suspension amidon-eau est chauffée sous agitation constante, puis refroidie à nouveau. La résistance à l'agitation est mesurée en continu et reportée dans un diagramme xy.

Diagramme de gélatinisation de trois amidons différents

Les autres caractéristiques de l'amidon liquéfié sont la texture (visqueux) et la turbidité, la formation d'un film, la gélatinisation et la rétrogradation. Quelle que soit la destination de l'amidon dans l'industrie alimentaire, il doit être neutre en goût et améliorer l'application finale au profit du consommateur. Il doit en outre favoriser la sensation en bouche de l'aliment en question.

  • Une pâte à tartiner pour gâteau doit pouvoir gonfler à froid et être rapide à préparer, tout en conservant un goût crémeux, une élasticité durable et une stabilité dimensionnelle lors de la découpe des parts de gâteau
  • Les aliments séchés par pulvérisation pour bébés et nourrissons doivent avoir de bonnes propriétés instantanées et une consistance liquide appropriée
  • Un dessert aux fruits à base de lait ou un yaourt doit être rafraîchissant en bouche, mais en aucun cas collant ou pâteux ; d'autre part, il doit être facile à doser et ne pas goutter dans la machine de remplissage à haute performance.
  • Une sauce barbecue doit être facile à doser avec la bouteille et imprégner les aliments avec une viscosité élevée malgré l'effet de la chaleur ; en bouche, elle doit développer naturellement les arômes d'épices pendant la mastication.
  • Une panure ou une pâte à frire poudrée d'amidon doit imprégner uniformément l'aliment et bien y adhérer, peu importe que les aliments soient consommés immédiatement ou qu'ils soient d'abord congelés, emballés et conservés.
  • Une boisson instantanée en poudre doit se dissoudre rapidement et sans grumeaux dans la phase liquide, même après une longue période de stockage
  • Dans un procédé à lit fluidisé à plusieurs étapes, même les liquides volatils ou sensibles à l'oxydation peuvent être microencapsulés à l'aide d'amidon.


La rétrogradation est le plus souvent indésirable. L'eau précédemment liée est à nouveau libérée avec une certaine temporisation. Les gels peuvent se liquéfier. Ces processus deviennent particulièrement visibles en cas de changement de température, comme un refroidissement après une cuisson ou la décongélation d'un produit congelé. Il est possible de réduire la rétrogradation indésirable en utilisant des amidons modifiés ou en ajoutant des émulsifiants appropriés.

La gélatinisation de l'amidon est un phénomène endothermique – similaire à celui de la mise en solution de cristaux. Il convient donc de fournir de la chaleur en conséquence. En Allemagne, la plupart des types d'amidon sont interchangeables, surtout s'ils sont utilisés sous une forme modifiée. La fécule de pomme de terre est généralement plus chère que l'amidon de céréales, étant donné que les tubercules de pommes de terre ne sont disponibles que de façon saisonnière et que le processus de production génère peu de sous-produits. L'offre d'amidon de blé connaît actuellement une augmentation en raison de l'importance croissante accordée au gluten de blé, notamment en tant que sous-produit. Le gluten de blé / La protéine de blé a toujours été un sous-produit apprécié, disponible sous forme séchée pour l'industrie de la boulangerie ou l'alimentation animale. Aujourd'hui, le gluten de blé sert également de base aux substituts de viande et est devenu relativement cher. La production d'amidon à partir du blé se révèle donc de plus en plus intéressante.

La consommation totale d'amidon en Europe est d'environ 12 millions de tonnes, avec une augmentation d'environ 2 % par an. Aux États-Unis, cette hausse atteint environ 4 %, en Amérique du Sud environ 4,5 % et en Asie même 7 % par an. Environ 10 % de l'amidon produit dans le monde est utilisé dans l'industrie chimique, environ 30 % dans l'industrie du papier et du carton ondulé, 30 % dans l'industrie alimentaire et environ le même pourcentage est modifié ou saccharifié pour l'industrie des boissons et de la confiserie. Il est présumé que la demande d'amidon et de ses dérivés continuera à augmenter dans tous les secteurs industriels.

Si l'amidon ou le dérivé de l'amidon doit être commercialisé sous forme de poudre, les principaux défis en termes de technologie des procédés résident dans la séparation solide-liquide. La première étape consiste en une opération mécanique dans des centrifugeuses à racleur à rotation horizontale ou des séparateurs à rotation verticale. La séparation résulte de la différence de densité entre l'eau et les solides. Cette étape est suivie par l'étape de séchage thermique. Des séchoirs à convection (par ex. sécheur à flux, sécheur à anneau ou broyeur-sécheur) sont généralement utilisés pour ce faire. L'eau est évacuée par de l'air chaud et l'amidon humide est soumis à un tourbillon et transporté par voie pneumatique. Le séchage thermique représente une étape du processus particulièrement coûteuse.

Il convient ici de mentionner brièvement le mélangeur-sécheur (par contact sous vide) d'amixon® lorsqu'il s'agit de garantir le séchage en douceur de dérivés de haute qualité (par ex. glucose). Toutes les surfaces de l'appareil sont chauffées. Si le vide est ajusté à une pression absolue de 200 mbar, l'eau s'évapore déjà à 60 °C. La charge thermique est donc extrêmement faible. La conception verticale présente de nombreux avantages, notamment une vidange particulièrement efficace et un écoulement particulièrement doux des produits avec de faibles fréquences de rotation.


https://youtu.be/FfN0RFT3z8w et https://youtu.be/Jtpq_h9eMpU


L'industrie alimentaire joue un rôle majeur dans l'application et le développement des dérivés de l'amidon

  • Additifs pour les aliments instantanés
  • Substance de remplissage dans les comprimés de compléments alimentaires
  • Ajusteur de viscosité et agent de turbidité pour les boissons instantanées
  • Augmentation de l'onctuosité dans la production de desserts
  • Conditionnement de sauces pour plats cuisinés surgelés
  • Composé de base pour les oléorésines dans le raffinement des arômes et des épices
  • Amélioration de la capacité de rétention d'eau dans la transformation de saucisses et de la viande
  • Liant dans les grandes cuisines et cantines
  • Charge pour les exhausteurs de goût
  • Additif de sucre pour enrober les particules de graisse
  • Additif pour les additifs de panification et les farines prêtes à l’emploi
  • Produit de conditionnement pour panure

Si l'amidon et ses dérivés sont utilisés de multiples façons dans l'industrie alimentaire, ils le sont également dans l'industrie pharmaceutique :

  • Poudre lubrifiante pour gants médicaux
  • Substance de remplissage pour donner aux comprimés une taille pratique
  • Agent d'enrobage et de désintégration pour comprimés
  • Composé de base pour poudres médicinales et déodorants
  • Support pour l'adhérence des substances médicales
  • Fard à joue à mettre sur les pommettes
  • Agent de séparation et lubrifiant pour le fonctionnement efficace des pastilleuses
  • Composé de poudrage pour séparer durablement les particules collantes
  • Ajusteur de viscosité pour les crèmes, les émulsions, les pommades et même les aérosols

De nombreux dérivés de l'amidon sont également utilisés dans l’industrie des procédés et l’industrie lourde.

Par exemple :

  • Production de floculants et de suppresseurs de mousse pour le traitement de l'eau
  • Production de lubrifiants de refroidissement pour les tunnels et forages
  • Ajustement de la fluidité du béton pour les pompes à béton
  • Conditionnement des sables de moulage dans l'industrie de la fonderie
  • Lissage des fils de coton pour les tisser sans usure dans la production textile
  • Adhésifs pour timbres et carton ondulé
  • Fabrication de colles à bois
  • Produit de lissage et de conditionnement dans la production de papier

 

Dans la grande majorité des cas, l’amidon et les dérivés de l'amidon sous forme de poudre sont des additifs irremplaçables pour la production de mélanges de poudres pour les produits susmentionnés. Le mélangeur est déterminant pour le processus. Il doit produire une qualité de mélange idéale en peu de temps – sans chauffer les produits de mélange – qui ne peut plus être améliorée dans la pratique. Ce processus est plus délicat lorsque des substances liquides entrent dans la composition des produits, ce qui est généralement le cas. En règle générale, l’amidon et ses dérivés sont dispersés finement, chargés de poussière, obstruants et peu fluides. En tant que produits d'origine organique, ils sont également modérément à particulièrement sujets aux explosions de poussière. Ils ont souvent tendance à adhérer aux outils de mélange et aux parois de la chambre de mélange.

Lorsque l'amidon et ses dérivés sont utilisés comme supports d'arômes liquides, d'oléorésines, de colorants alimentaires, d'extraits de levure, d'huiles et de graisses, une grande expérience est nécessaire pour obtenir un mouillage rapide et homogène. L'objectif majeur doit en effet être que l'apport énergétique soit le plus faible possible. Plus le mélange total quitte le mélangeur à froid, plus le remplissage, le stockage, la préservation de la qualité et la garantie de fraîcheur seront efficaces. Il s'agit souvent d'opérations en plusieurs étapes pour la préparation d'arômes et d’agents aromatisants, d'aliments instantanés, de soupes, de dips et de sauces. Des effets d’enrobage spécifiques sont conçus pour enrober et protéger les agents actifs liquides. Les objectifs sont contradictoires : il s'agit de maintenir la charge liquide la plus élevée possible d'une part et la meilleure fluidité possible des mélanges finis d'autre part.

Il est incontestable qu'amixon GmbH est un précurseur en matière de nouvelles normes de technologie des procédés et d'hygiène. À cet égard, les résultats de mélange de quasiment tous les autres types de mélangeurs peuvent être reproduits et le plus souvent également améliorés. Il est fréquent que de nouveaux processus doivent être mis en place au cours du développement d'un produit. La société amixon GmbH dispose de mélangeurs de précision parfaitement adaptés aux phases pilotes.

Ils sont équipés d'outils de mélange hélicoïdaux verticaux et peuvent être utilisés avec une large gamme de niveaux de remplissage. Après seulement quelques tours, l'hélice de l'outil de mélange génère une homogénéité idéale pour quasiment tous les types de solides et de pâtes secs, humides et mouillés. Les mélangeurs amixon® sont réputés dans le monde entier pour leur caractère particulièrement hygiénique, avec un degré de vidange pouvant atteindre 99,98 %. Les grandes portes de visite sont fabriquées conformément aux procédés CleverCut® et OmgaSeal®. Absolument étanches aux gaz et sans espace mort, elles assurent une étanchéité permanente et permettent aussi bien le nettoyage à sec manuel que le nettoyage humide automatique ; le séchage rapide et minutieux se révèle également particulièrement important. Dans le centre technique amixon®, plus de 30 mélangeurs hélicoïdaux verticaux différents sont déjà disponibles, avec des quantités maximales de charge allant de 10 à 2 000 litres. Une journée d'essai dans le centre technique amixon® permet aux participants d'acquérir un haut niveau de connaissances et d'obtenir d’excellents résultats, transférables à de nombreux modèles.

Mélangeur KoneSlid® d’amixon® pour des processus de mouillage particulièrement efficaces - © by amixon GmbH

Tous les composants des mélangeurs amixon® sont fabriqués en interne à Paderborn, où les processus sont hautement automatisés selon un régime de production efficace sur commande.

Autor: Ludger Hilleke, membre du comité de direction de la société amixon GmbH.

Copyright by amixon®, copie, réimpression, tra-duction dans d'autres langues - même en partie - uniquement avec l'autorisation écrite de amixon GmbH, Paderborn.