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Extraction et préparation de l'amidon

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

Il y a des milliers d'années, on faisait tremper des céréales mûres dans de l'eau, on les écrasait avec des pierres pour obtenir une bouillie de céréales, on les mélangeait avec de l'eau claire et, après un temps de repos, on égouttait les éléments qui flottaient. Le sédiment clair au fond du récipient était principalement de l'amidon.

Ce dépôt a ensuite été séché au soleil. Plus tard, nos ancêtres ont obtenu de la fécule de pomme de terre de la même manière, à partir de pommes de terre broyées. En Europe, l'industrie de l'amidon s'est développée comme une activité agricole secondaire. On travaillait avec des appareils très simples, qui n'ont été perfectionnés en machines spécialisées dans la technique des procédés qu'au cours de l'industrialisation. Cela a permis d'améliorer le degré de pureté, le rendement et la structure des coûts.

Plantes utiles avec leurs teneurs approximatives en amidon et en amylose

En Europe, les matières premières pour la production d'amidon sont les pommes de terre, le blé et le maïs. En dehors de l'Europe, l'amidon est également produit à partir des cultures de tapioca et de riz. Le produit commercial amidon (C6H10O5)n peut aujourd'hui contenir au maximum 3% de substances étrangères. La règle suivante s'est imposée au niveau international : La teneur maximale en protéines autorisée dans la matière sèche de l'amidon est limitée. Elle est de 0,58 % pour l'amidon de céréales et de 0,13 % pour la fécule de pomme de terre.

L'amidon de blé à faible teneur en protéines est obtenu pour les aliments diététiques (p. ex. pour la maladie cœliaque). Le Codex alimentarius (réglementation internationale sur les denrées alimentaires) définit l'amidon comme étant sans gluten lorsque la teneur en protéines (gluten) est inférieure à 20 mg/kg. Les méthodes d'analyse actuelles permettent de détecter des teneurs en protéines résiduelles inférieures à 5 mg/kg.

Très tôt dans l'histoire de l'humanité, les propriétés multiples de l'amidon ont été utilisées.

Similitude de la structure moléculaire de la cellulose et de l'amidon : Selon que le groupe OH anomérique du sucre A se trouve en position α (= inférieure) ou en position β (= supérieure), il se forme une liaison α-glycosidique ou une liaison β-glycosidique. Les chiffres 1,4 et 1,6 indiquent les atomes de C correspondants dans la molécule de glucose.

La composition chimique de la cellulose et de l'amidon est très similaire.

L'amidon, source d'énergie, est produit par photosynthèse et est stocké dans les tubercules et les graines de toutes les plantes. Des milliers de molécules de glucose se réticulent en hélice pour former une molécule d'amidon qui est incorporée dans le grain d'amidon.

Les enzymes déterminent la composition et la structure des grains d'amidon. Ils peuvent relier les molécules de glucose en un long brin glycosidique. Cette structure est appelée amylose. Si des chaînes latérales sont ajoutées au brin, on parle d'amylopectine.

Il est intéressant de noter la similitude moléculaire entre les molécules d'amidon et les molécules de cellulose. L'amidon est le réservoir d'énergie des plantes, tandis que la cellulose forme la structure cellulaire des plantes - d'une résistance et d'une élasticité impressionnantes, il suffit de penser au bois ou aux tiges de chanvre de 4 mètres de haut.

Selon le type d'amidon, les grains d'amidon sont plus ou moins gros. Le diamètre des particules d'amidon peut dépasser 100 µm pour les pommes de terre, 2 à 35 µm pour le blé, 5 à 25 µm pour le maïs et seulement 0,5 à 3 µm pour l'amarante. L'amidon de blé présente une répartition bimodale des grains d'amidon. Ceci est exploité pour produire d'une part un amidon de blé A de haute pureté (20 - 35 µm) et d'autre part un amidon de blé B à petits grains (2 - 10 µm) avec un niveau d'impuretés plus élevé. 

Selon son origine, l'amidon a normalement une teneur en amylose de 14 % à 27 % et une teneur en amylopectine de 73 % à 86 %. Toutefois, des variétés végétales spéciales fournissent également de l'amidon avec une teneur en amylopectine allant jusqu'à 99 % ou une teneur en amylose allant jusqu'à 85 %.

Teneur en amidon et en amylose de différentes cultures

Avec un "viscographe" ou un "Rapid-Visco-Analyzer", on dispose d'une technique de mesure claire pour comparer les caractéristiques de gélatinisation de différentes solutions d'amidon. Au cours de ce processus, une suspension d'amidon et d'eau est chauffée et refroidie sous agitation constante. La résistance à l'agitation est reportée en fonction du temps.

Solubilité de l'amidon

L'amidon est insoluble dans l'eau froide, mais les grains d'amidon peuvent gonfler facilement et de manière réversible, augmentant ainsi leur volume jusqu'à 28 %. Si l'eau est retirée de l'amidon, le gonflement diminue.

L'amidon natif peut bien lier l'eau ou les marchandises humides, mais généralement pas de manière durable et surtout pas à des températures changeantes. L'amidon est donc modifié afin d'accélérer, de contrôler ou de stabiliser la formation du gel. L'amidon modifié peut solidifier les liquides. Elle peut stabiliser la consistance des liquides. La consistance est alors indépendante des influences de la chaleur et du froid et indépendante du stress de cisaillement.

Les amidons modifiés peuvent présenter des propriétés hydrophiles ou hydrophobes. Cela permet d'adapter la force aux besoins des producteurs. Dans le secteur alimentaire, il s'agit en particulier des produits prêts à consommer et de l'industrie des produits de boulangerie avec les étapes de processus suivantes : cuisson, cuisson au four, grillage, congélation rapide, décongélation, influence sur les réactions de Maillard.

On distingue principalement 3 types de modification de l'amidon

Physique:

par traitement thermique, broyage, prégélatinisation, séchage sur cylindres, extrusion ou agglomération. Ce traitement n'est pas soumis à déclaration pour les denrées alimentaires. En fonction de la solubilité à froid recherchée, on utilise le séchage sur rouleaux, moins coûteux, ou le séchage par atomisation, plus onéreux. Cette dernière est généralement combinée à une agglomération en lit fluidisé si l'amidon doit présenter des propriétés instantanées particulièrement bonnes.

Chimique:

L'amidon est mis en suspension dans l'eau dans une cuve d'agitation et, après avoir ajouté de petites quantités d'acide ou de lessive, il est chauffé avec précaution sans atteindre la température de gélatinisation. Après avoir ajusté un certain pH, on ajoute un réactif modificateur. Après neutralisation, lavage, filtration et séchage, l'amidon se présente avec des propriétés totalement modifiées. Si l'amidon est chimiquement transformé, dégradé, dextrinisé, estérifié, éthérifié ou oxydé, il doit être déclaré dans les denrées alimentaires comme additif avec numéro E ou 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 d'utiliser la méthode de réticulation chimique des groupes de molécules d'amidon avec des groupes hydroxyle appropriés tels que l'oxyde d'éthylène ou de propylène ou des acides dicarboxyliques. Cela réduit la solubilité de l'amidon, augmente la température de gélatinisation et, selon le degré de réticulation, supprime la rétrogradation.

Enzymatique:

L'hydrolyse enzymatique de l'amidon est un procédé très efficace de saccharification de l'amidon en édulcorants. De même que les enzymes organisent et relient les structures moléculaires, forment des chaînes moléculaires et des chaînes latérales, les enzymes peuvent également scinder de telles molécules d'amidon. Contrairement à la scission chimique, l'hydrolyse catalytique enzymatique de l'amidon se déroule plus lentement, mais aussi avec un échauffement moindre. Les enzymes correspondantes peuvent être obtenues à partir de moisissures, de bactéries ou du pancréas de bovins. Après la réaction, les enzymes sont complètement éliminées par lavage ou inactivées du dérivé d'amidon. Le degré de dégradation de l'amidon peut être réglé avec précision, ce qui permet de disposer d'une grande variété de produits (sirop d'amidon). Cette forme de modification n'est pas soumise à déclaration. Il est également possible de décomposer l'amidon avec un acide (hydrolyse acide).

Un type de séchage par contact particulièrement doux et efficace a lieu dans le mélangeur-sécheur vertical sous vide d'amixon®. Des températures particulièrement basses et une circulation douce permettent d'atteindre très rapidement des taux d'évaporation élevés.

Molécules d'amidon réticulées par des glycosides.

La maltodextrine, utilisée par exemple pour les boissons instantanées, les préparations 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 contenant de l'alpha-amylase sous agitation lente et chauffé lentement. Des temps d'agitation et de séjour définis sont alors respectés à différentes températures afin d'obtenir une dégradation enzymatique aussi complète que possible. La suspension est ensuite lavée plusieurs fois, centrifugée et séchée thermiquement.

L'intégrité de l'amidon natif peut être facilement démontrée en observant les grains d'amidon au microscope sous une lumière polarisée. En raison de la biréfringence, les grains d'amidon natifs apparaissent irisés avec une croix sombre, tandis que les grains d'amidon traités apparaissent monochromes sans croix - manifestement parce que leur structure cristalline est détruite.

Rhéologie : La viscosité des solutions et des suspensions peut varier de différentes manières lorsque le liquide est agité/pulvérisé/pompé/transporté.

Gélatinisation

Si l'amidon est chauffé sous forme de suspension aqueuse, le grain d'amidon est détruit à partir d'une certaine température, le gonflement augmente encore et l'amylose s'échappe du grain. Ce processus est appelé gélatinisation. La viscosité augmente, de même que la clarté du mélange amidon-eau et sa conductivité électrique. Il s'agit d'une solution à viscosité structurelle, dont la viscosité diminue d'autant plus que la solution est fortement agitée ou cisaillée. En refroidissant, la solution s'éclaircit, les chaînes de glucose s'alignent parallèlement et forment de nouvelles liaisons hydrogène. Selon le type d'amidon, il se forme un gel plus ou moins stable.

Ce comportement de viscosité structurelle est exactement opposé à l'état initial. En effet, l'amidon humide (eau dans une suspension d'amidon) est dilatant. Plus la contrainte de cisaillement est élevée, plus la viscosité augmente.

amixon® Réacteur de synthèse / Mélangeur-sécheur sous vide

Dans le réacteur de traitement amixon®, vous pouvez modifier, mélanger et traiter thermiquement votre amidon de multiples façons. Sous pression, sous atmosphère de gaz inerte ou sous vide, même les déroulements de processus les plus complexes sont réalisés avec un excellent transfert de matière.

Souvent, l'étape finale de séchage s'effectue dans un séchoir mixte sous vide. Dans le sécheur sous vide par contact amixon®, le séchage des suspensions est particulièrement efficace - même à bas niveau de température. Dans certains cas, la dilatance des suspensions d'amidon peut entraver le processus d'écoulement. amixon® dispose d'une grande expérience dans la manipulation de produits très visqueux (dilatants, à viscosité structurelle ou tixotropes). Les appareils amixon® sont synonymes de conduite sûre des réactions. Même si le traitement (mélange, réaction, mise en suspension, désagglomération, coating, conditionnement, séchage sous vide par contact) est effectué par lots importants.

Réacteur de synthèse/mélangeur-sécheur sous vide amixon® taille VMT 12000

L'industrie de la boulangerie et de la pâtisserie est un important initiateur du développement de dérivés d'amidon non déclarés

L'éventail des applications de l'amidon est très large.

L'amidon influence la texture (mucosité) et la turbidité, la formation de film, la formation de gel et la rétrogradation. Partout où l'amidon est utilisé dans l'industrie alimentaire, il doit être neutre en termes de goût et améliorer l'utilisation finale pour le consommateur. En outre, elle est censée favoriser positivement la sensation en bouche, selon l'aliment en question.

  • Une pâte à tartiner doit gonfler à froid, pouvoir être préparée rapidement, soutenir le goût crémeux, mais présenter une élasticité et une stabilité dimensionnelle durables lors de la découpe des parts de gâteau.
  • Un aliment pour bébé séché par atomisation doit 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, rafraîchissant, mais en aucun cas collant ou pelucheux. D'autre part, il doit être facile à doser dans la machine de remplissage à haut rendement et ne pas goutter.
  • Une sauce barbecue doit pouvoir être facilement dosée à partir de la bouteille et mouiller l'aliment à griller de manière épaisse et très visqueuse malgré l'effet de la chaleur, tout en développant naturellement les arômes des épices dans la bouche lors de la mastication.
  • Une panure ou une pâte à cuire saupoudrée d'amidon doit mouiller uniformément l'aliment et adhérer fermement. Que le plat soit consommé immédiatement ou qu'il soit d'abord congelé, emballé et stocké.
  • Une poudre pour boisson instantanée doit se disperser rapidement et sans grumeaux dans la phase liquide, même après un stockage prolongé. 
  • Dans un procédé en lit fluidisé à plusieurs étapes, même les liquides très volatils ou sensibles à l'oxydation peuvent être microencapsulés à l'aide d'amidon.

La rétrogradation n'est généralement pas souhaitable.

L'eau précédemment liée est libérée avec un certain retard. Les gels peuvent se liquéfier. De tels processus se produisent en particulier lors de changements de température, comme par exemple lors du refroidissement après la cuisson ou lors de la décongélation de produits congelés. La rétrogradation indésirable peut être réduite en utilisant des amidons modifiés ou en ajoutant des émulsifiants appropriés.

amixon® Sèche-linge haute performance avec un volume utile de 6,5 m³. Ce mélangeur-sécheur sous vide dispose de très nombreuses surfaces d'échange de chaleur. Les outils de mélange sont également entièrement chauffés. Les sécheurs par contact sont très efficaces. L'enrobé ne subit pratiquement aucune contrainte thermique. Le produit séché peut être affiné avec des produits de revêtement.

Signification et perspectives

En Allemagne, la plupart des types d'amidon sont interchangeables, en particulier lorsqu'ils sont utilisés modifiés. La fécule de pomme de terre est généralement plus chère que l'amidon de céréale, car les tubercules de pomme de terre ne sont disponibles que de manière saisonnière et leur production génère peu de coproduits. L'offre d'amidon de blé augmente actuellement, car le gluten de blé, en particulier, gagne en importance en tant que coproduit. Le gluten de blé / les protéines de blé ont toujours été un coproduit apprécié, disponible sous forme séchée pour l'industrie de la boulangerie ou pour l'alimentation animale. Aujourd'hui, le gluten de blé sert également de base aux substituts de viande et est devenu relativement cher. L'extraction d'amidon à partir du blé devient donc de plus en plus intéressante.

La consommation totale d'amidon en Europe est d'environ 12 millions de tonnes, avec une augmentation annuelle d'environ 2%. Aux Etats-Unis, l'augmentation est d'environ 4%, en Amérique du Sud d'environ 4,5% et en Asie même de 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 la même quantité est modifiée ou saccharifiée pour l'industrie des boissons et de la confiserie. On s'attend à ce que les besoins en amidon et en dérivés d'amidon continuent d'augmenter dans tous les secteurs industriels.

Séparation des liquides solides, le séchage thermique est une étape coûteuse du processus.

Si l'amidon ou le dérivé d'amidon doit être mis sur le marché sous forme de poudre, le grand défi technique du procédé réside dans la séparation solide-liquide. Dans un premier temps, celle-ci s'effectue mécaniquement dans des centrifugeuses de pelage à rotation horizontale ou dans des séparateurs à rotation verticale. La séparation se fait sur la base des différences de densité entre l'eau et les solides. Il est suivi d'un séchage thermique. Dans ce cas, on utilise généralement des sécheurs à contact à rouleaux fonctionnant en continu ou des sécheurs à convection tels que des sécheurs à courant, des sécheurs annulaires ou encore des broyeurs-sécheurs. L'eau est évaporée par l'air chaud, tandis que l'amidon humide est soumis à un tourbillon pneumatique et évacué sous forme de poussière sèche.

L'industrie alimentaire est un moteur important pour l'utilisation et le développement des dérivés d'amidon.

Dans le monde entier, la production alimentaire bénéficie des développements technologiques de l'industrie de l'amidon.

Amidon et ses dérivés

  • comme additif pour les aliments instantanés 
  • comme agent de remplissage pour les comprimés de compléments alimentaires
  • comme régulateur de viscosité et opacifiant pour les boissons instantanées
  • pour augmenter l'onctuosité lors de la préparation de desserts
  • pour le conditionnement de sauces pour plats cuisinés surgelés
  • comme base pour les oléorésines dans l'affinage des arômes et des épices
  • pour augmenter la capacité de rétention d'eau lors de la transformation des saucisses et de la viande
  • comme liant dans les grandes cuisines et les cantines
  • comme agent de remplissage pour les exhausteurs de goût
  • comme additif au sucre pour enrober les particules de graisse
  • comme additif pour les améliorants et les farines prêtes à cuire
  • comme agent de conditionnement pour la panade

La diversité des utilisations de l'amidon et de ses dérivés dans l'industrie alimentaire n'a d'égale que celle de leur utilisation dans l'industrie pharmaceutique.

  • comme lubrifiant pour les gants médicaux
  • comme agent de remplissage, pour réduire les comprimés à une taille pratique
  • comme agent d'enrobage et de désintégration des comprimés
  • comme matière première pour les poudres médicinales et les déodorants
  • comme liant pour les principes actifs médicaux
  • pour étirer le blush cosmétique
  • comme agent de séparation et de lubrification pour un fonctionnement sans faille des presses à comprimés
  • comme agent de poudrage pour séparer durablement les particules collantes les unes des autres
  • comme régulateur de viscosité pour les crèmes, les émulsions, les pommades et même les aérosols

Les dérivés d'amidon sont également utilisés dans l'industrie lourde.

  • dans la production de floculants et d'antimousses pour le traitement de l'eau
  • pour la fabrication de lubrifiants réfrigérants pour le forage de tunnels et de trous dans le sol
  • pour ajuster la fluidité du béton pour les pompes à béton
  • pour le conditionnement de sables de moulage dans l'industrie de la fonderie
  • pour lisser les fils de coton afin de pouvoir les tisser sans les user, dans la fabrication de textiles
  • comme colle pour les timbres-poste et le carton ondulé
  • pour la fabrication de colles à bois
  • comme agent de lissage et de conditionnement dans la fabrication du papier

Les épices sont préparées différemment selon l'application et le secteur. L'amidon sert souvent de support pour pouvoir appliquer les oléorésines sous forme de prémélange en poudre sans agglomérats.

Les dérivés d'amidon sont un ingrédient important des plats instantanés. Le client souhaite une "garantie de réussite", un plaisir élevé, une longue conservation et un caractère naturel dans une large mesure.

L'amidon comme support des arômes et des agents de sapidité

Lorsque l'amidon et les dérivés d'amidon sont utilisés comme support pour des arômes liquides, des oléorésines, des colorants alimentaires, des extraits de cuisson, des huiles et des graisses, une grande expérience est nécessaire pour obtenir un mouillage rapide et uniforme. En effet, l'objectif premier doit être de réduire au maximum l'apport d'énergie. Plus l'ensemble du mélange quitte l'installation de mélange à une température fraîche, plus le remplissage, le stockage, le maintien de la qualité et la consistance de la fraîcheur fonctionnent bien par la suite. La production d'arômes et de saveurs, de plats cuisinés, de soupes, de trempettes et de sauces est souvent un processus en plusieurs étapes.

Des effets d'enrobage spécifiques doivent entourer et protéger les substances actives liquides. Il existe un grand conflit d'objectifs entre, d'une part, une charge aussi élevée que possible en substances actives liquides et, d'autre part, une fluidité aussi bonne que possible des mélanges finis.

Essais dans le centre technique amixon

Les amidons en poudre et les dérivés d'amidon sont, dans la plupart des cas, des additifs irremplaçables pour la fabrication de mélanges de poudres pour les produits susmentionnés. Dans ce contexte, le mélangeur est d'une importance capitale. Il doit produire en peu de temps - sans échauffement des produits à mélanger - une qualité de mélange idéale qui ne peut plus être améliorée dans la pratique. Ce processus est rendu plus difficile lorsque des additifs liquides sont incorporés dans les formules, ce qui est souvent le cas. Les amidons et leurs dérivés sont généralement finement dispersés, adhérents et peu coulants. En tant que produits d'origine organique, ils sont également modérément à fortement poussiéreux. Souvent, ils ont tendance à adhérer aux outils de mélange et aux parois de la chambre de mélange.

amixon® dispose de plus de 30 mélangeurs de précision et réacteurs de synthèse. Nous vous invitons à faire des essais et vous proposons des solutions éprouvées, basées sur nos 40 ans d'expérience.

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