FR3149020A1 - Procédé de production de sucre à partir de betteraves - Google Patents
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Abstract
Procédé de production de sucre à partir de betteraves
Procédé de production de sucre à partir de betteraves (B), le procédé comprenant les étapes selon lesquelles on fournit au moins un lot de betteraves ; on réalise au moins une étape de pressage des betteraves de manière à extraire un jus sucré (Js1) ; on filtre le jus sucré à l’aide d’au moins une membrane filtrante (18); on concentre le jus sucré filtré (Jsf) par évaporation de manière à obtenir un jus filtré concentré (Jsfc) ayant une concentration en matière sèche supérieure à un seuil de concentration prédéterminé; on réalise une étape de cristallisation dans laquelle on chauffe le jus filtré concentré sous vide afin d’évaporer le liquide résiduel contenu dans le jus filtré concentré, la chauffe étant poursuivie jusqu’à obtenir un sucre cristallisé intégral (C) ayant un taux d’humidité compris entre 0% à 10%.
Figure pour l’abrégé : Fig. 1.
Description
La présente invention concerne le domaine technique de la production de sucre, et plus précisément la production de sucre à partir de betteraves sucrières. Les betteraves sucrières comprennent jusqu’à 20% en masse de sucre. Le sucre obtenu à partir de betteraves est du saccharose. Il est naturellement blanc.
Les procédés traditionnels de production de sucre à partir de betteraves permettent d’obtenir un sucre blanc au goût neutre.
Selon ces procédés traditionnels, les betteraves sont coupées en cossettes avant d’être soumises à une étape de diffusion dans laquelle les cossettes circulent dans un diffuseur à contre-courant d’une eau chauffée à environ 70°C, qui se charge alors en sucre par osmose. Un jus sucré est ainsi obtenu.
Un inconvénient de cette étape de diffusion connue est qu’elle nécessite de maintenir un temps de contact important entre les cossettes et l’eau, afin d’extraire suffisamment de sucre des cossettes. Ceci implique en outre l’utilisation d’extracteurs de grande taille et contraint à chauffer une grande quantité d’eau pendant une durée importante. Cette étape de diffusion est donc particulièrement coûteuse compte-tenu du matériel spécifique devant être utilisé, mais également compte-tenu de la consommation énergétique associée au chauffage de cette grande quantité d’eau.
Après l’étape de diffusion, ces procédés connus prévoient ensuite une étape d’épuration du jus sucré par traitement à la chaux, appelé chaulage, permettant de précipiter les impuretés. L’utilisation de produits chimiques tels que la chaux n’est toutefois pas satisfaisant. Cette étape d’épuration s’accompagne en outre d’une importante génération de dioxyde de carbone et s’avère donc polluante.
Selon ces procédés traditionnels, on concentre par ailleurs le jus épuré avant de procéder à la cristallisation du jus concentré. La cristallisation est réalisée par phases successives, appelées « jets », au cours de chacune desquelles le jus concentré est chauffé et ensemencé par introduction de fins cristaux de sucre de manière à déclencher la cristallisation. On obtient ainsi une « masse cuite » constituée d’un sirop, appelé mélasse, dans lequel baignent les cristaux de sucre. Cette masse cuite est ensuite centrifugée afin de séparer les cristaux de sucre de la mélasse, qui est évacuée.
Un inconvénient de cette méthode de cristallisation par jets successifs est qu’elle est particulièrement complexe et couteuse et génère une importante consommation d’énergie. En outre, une partie des minéraux, nutriments, oligo-éléments et vitamines reste piégée dans la mélasse et sont donc évacués. Le sucre obtenu par ce procédé traditionnel perd donc en qualité nutritive.
Un but de la présente invention est de proposer un procédé de production de sucre remédiant aux inconvénients précités.
Pour ce faire, l’invention porte sur un procédé de production de sucre à partir de betteraves, le procédé comprenant les étapes selon lesquelles :
- on fournit au moins un lot de betteraves ;
- on réalise au moins une étape de pressage des betteraves de manière à extraire un jus sucré ;
- on filtre le jus sucré à l’aide d’au moins une membrane filtrante ;
- on concentre le jus sucré filtré par évaporation de manière à obtenir un jus filtré concentré ayant une concentration en matière sèche supérieure à un seuil de concentration prédéterminé ; et
- on réalise une étape de cristallisation dans laquelle on chauffe le jus filtré concentré sous vide afin d’évaporer le liquide résiduel contenu dans le jus filtré concentré, la chauffe étant poursuivie jusqu’à obtenir un sucre cristallisé intégral ayant un taux d’humidité compris entre 0% à 10%.
- on fournit au moins un lot de betteraves ;
- on réalise au moins une étape de pressage des betteraves de manière à extraire un jus sucré ;
- on filtre le jus sucré à l’aide d’au moins une membrane filtrante ;
- on concentre le jus sucré filtré par évaporation de manière à obtenir un jus filtré concentré ayant une concentration en matière sèche supérieure à un seuil de concentration prédéterminé ; et
- on réalise une étape de cristallisation dans laquelle on chauffe le jus filtré concentré sous vide afin d’évaporer le liquide résiduel contenu dans le jus filtré concentré, la chauffe étant poursuivie jusqu’à obtenir un sucre cristallisé intégral ayant un taux d’humidité compris entre 0% à 10%.
Le procédé selon l’invention permet la production de sucre à partir de betteraves sucrières. On fournit de préférence plusieurs lots de betteraves. Il est précisé qu’avantageusement seules les racines des betteraves sucrières, de couleur blanche, sont utilisées dans ce procédé de production de sucre.
De préférence, mais de manière non limitative, on réalise une étape préliminaire de broyage des betteraves avant l’étape de pressage. Un intérêt est d’améliorer l’extraction de jus sucré lors de l’étape de pressage, ou autrement dit d’améliorer le rendement du pressage. On comprend que l’étape de pressage consiste alors à presser les betteraves broyées.
L’étape de pressage est de préférence réalisée au moyen d’une presse. Le jus sucré obtenu suite à l’étape de pressage comprend essentiellement de l’eau et du saccharose. De préférence on presse successivement plusieurs lots de betteraves. De préférence, le procédé comprend plusieurs étapes de pressage successives d’un même lot de betteraves, de sorte qu’un même lot de betteraves est pressé au moins deux fois. Un intérêt est d’en extraire davantage de jus sucré.
L’étape de pressage des betteraves du procédé selon l’invention permet de s’affranchir d’une étape de diffusion et par conséquent de l’utilisation d’un extracteur de grande taille. Le coût du matériel permettant l’extraction du jus sucré est donc moindre. La consommation d’eau et la consommation d’énergie pour chauffer l’eau sont en outre particulièrement réduites dans la mesure où le pressage ne nécessite qu’une faible quantité d’eau par rapport à une étape de diffusion classique.
L’étape de pressage produit des pulpes de betteraves contenant une quantité de sucre résiduelle. Ces pulpes peuvent être recyclées.
De manière non limitative, le procédé peut comprendre plusieurs étapes de pressage successives.
Avantageusement, l’étape de filtration permet d’obtenir un jus sucré filtré présentant une concentration en matière sèche supérieure à 50 %, encore de préférence supérieure à 60%.
L’étape de filtration du jus sucré permet de séparer des résidus filtrés, également appelés rétentats, par rapport au jus sucré filtré, également appelé perméat. Le jus sucré filtré est ainsi purifié et sa pureté, considérée comme étant le rapport entre sa concentration en sucre sur sa concentration en matière sèche est supérieure à 80%, de préférence supérieure à 90%. Cette filtration sur membrane filtrante permet de s’affranchir d’une étape d’épuration du jus sucré et donc de l’utilisation de chaux ou autres produits chimiques. La génération de dioxyde de carbone et en outre fortement réduite dans la mesure où l’invention ne met pas en œuvre d’étape de chaulage. Le procédé selon l’invention présente donc un impact environnemental réduit.
La couleur du sucre cristallisé intégral qui sera finalement obtenu dépend notamment du seuil de coupure de la membrane filtrante.
De préférence, la filtration est une filtration tangentielle. La filtration peut mettre en œuvre plusieurs étages de filtration successifs.
De préférence, la membrane filtrante est une membrane d’ultra-filtration. De manière non limitative, la membrane filtrante peut être une membrane filtrante organique ou une membrane filtrante minérale. La membrane filtrante présente un seuil de coupure choisi de manière à filtrer efficacement les rétentats. De préférence, le jus sucré est chauffé avant d’être filtré.
L’utilisation de membranes filtrantes minérales permet de filtrer un jus à une température plus importante, notamment supérieure 75°C, ce qui permet de limiter la prolifération de bactéries.
L’étape de concentration met avantageusement en œuvre une technique de compression mécanique de vapeur.
Lors de l’étape de concentration, le jus sucré filtré est chauffé de manière à évaporer une partie de l’eau qu’il contient, augmentant ainsi sa concentration en matière sèche, et donc en saccharose. Par matière sèche on entend la matière restante si l’on procédait à une complète évaporation du liquide, et notamment de l’eau, contenu dans le jus sucré filtré.
On comprend que l’évaporation est poursuivie jusqu’à ce que la concentration en matière sèche atteigne le seuil de concentration prédéterminé.
Le seuil de concentration prédéterminé est choisi en fonction des besoins en entrée de l’unité de cristallisation. Plus ce seuil de concentration prédéterminé est élevé, moins le temps de chauffe au cours de l’étape de cristallisation sera important. La concentration en matière sèche peut être mesurée par réfractométrie. Elle peut être exprimée en degrés Brix.
Le jus filtré concentré obtenu par cette étape de concentration forme un sirop. Ce jus filtré concentré est de préférence prêt à être cristallisé. La concentration en saccharose dans le jus filtré concentré est suffisante pour permettre la cristallisation sensiblement complète du sucre uniquement par chauffage, et notamment sans qu’il ne soit nécessaire d’ensemencer le sucre afin de déclencher la cristallisation.
De manière non limitative, le liquide résiduel évaporé lors de l’étape de concentration peut être essentiellement de l’eau ou exclusivement de l’eau. Les vapeurs résultant de cette étape de concentration peuvent être utilisée pour chauffer l’unité de concentration, pour la chauffe réalisée au cours de la cristallisation, ou encore pour chauffer le jus sucré avant filtration.
Lors de l’étape de cristallisation, la chauffe permet d’évaporer le liquide résiduel contenu dans le jus filtré concentré, mais également d’initier et compléter la cristallisation du sucre. Selon l’invention, la chauffe est réalisée sous vide, ou autrement dit, en plaçant le jus filtré concentré à une pression inférieure à la pression atmosphérique. Un intérêt est de créer une détente permettant d’abaisser le point d’ébullition du liquide présent dans le jus filtré concentré, et notamment de l’eau, et donc la température à laquelle il s’évapore. Dès lors, la température nécessaire et l’énergie à fournir pour évaporer le liquide résiduel sont réduites. La consommation énergétique est donc encore réduite grâce au procédé selon l’invention.
En outre, dans la mesure où le jus filtré concentré est chauffé à une température réduite, l’énergie nécessaire pour refroidir le sucre cristallisé intégral finalement obtenu est également réduite.
Par sucre cristallisé intégral on entend un sucre cristallisé obtenu en poursuivant la chauffe jusqu’à obtenir une cristallisation complète ou sensiblement complète, ou autrement dit, jusqu’à obtenir une évaporation complète ou sensiblement complète du liquide résiduel. Un sucre cristallisé intégral est un sucre conservant sa mélasse. Un sucre cristallisé intégral est également appelé sucre complet.
Selon l’invention, la chauffe est donc poursuivie jusqu’à cristalliser complètement, ou sensiblement complètement, le sucre. Le liquide initialement contenu dans le jus filtré concentré est donc en grande partie évaporé au cours de l’étape de cristallisation. Le procédé selon l’invention ne s’accompagne pas d’une séparation d’une mélasse par rapport aux cristaux de sucre. Le sucre cristallisé intégral obtenu est totalement pourvu de sa mélasse. Au cours de la cristallisation, les minéraux, nutriments, oligo-éléments et vitamines initialement contenus dans le jus filtré concentré sont fixés sur les cristaux de sucre par adsorption. Aussi, le sucre cristallisé intégral obtenu grâce au procédé selon l’invention conserve de grandes qualités nutritives.
De préférence, la chauffe est poursuivie jusqu’à obtenir un sucre cristallisé dont le taux d’humidité est suffisamment faible pour qu’il soit fluide et que les cristaux de sucre ne s’agglomèrent pas. La chauffe, et donc la cristallisation, sont avantageusement poursuivie jusqu’à obtenir un taux d’humidité dans le sucre cristallisé intégral le plus faible possible.
Le sucre cristallisé intégral obtenu peut être directement consommé ou conditionné.
Le procédé selon l’invention est en outre dépourvu d’étape de centrifugation au cours ou après la cristallisation, dans la mesure où, selon l’invention, il n’y a pas de séparation de mélasse qu’il conviendrait d’évacuer. Le procédé est donc simplifié, permet une consommation d’énergie réduite et s’avère par conséquent moins couteux.
De préférence, le procédé selon l’invention ne met pas en œuvre d’étape de raffinage du sucre obtenu.
De manière non limitative, après l’étape de cristallisation, le procédé peut comprendre une étape de séchage complémentaire au cours de laquelle on projette de l’air sec sur le sucre cristallisé intégral obtenu. Un intérêt est de réduire encore le taux d’humidité du sucre cristallisé intégral.
Avantageusement, ledit seuil de concentration prédéterminé est compris entre 65% et 85%, de préférence environ égal à 80%. Autrement dit, on concentre le jus sucré filtré par évaporation de manière à obtenir un jus filtré concentré ayant une concentration en matière sèche avantageusement supérieure à 80%. Un intérêt est de réduire le temps de chauffe nécessaire pour initier la formation de cristaux de sucre. Aussi, la durée globale de la chauffe sous vide permettant de réaliser la cristallisation du sucre est réduite. La consommation d’énergie est donc encore réduite.
De manière avantageuse, la chauffe est poursuivie jusqu’à obtenir un sucre cristallisé intégral ayant un taux d’humidité inférieur à 7%, de préférence inférieur à 5 %. Un intérêt est d’évaporer d’autant plus de liquide résiduel et ainsi obtenir un sucre cristallisé intégral d’autant plus sec.
Préférentiellement, le sucre cristallisé intégral obtenu présente une concentration en saccharose supérieure à 85%, de préférence environ égale à 90%. Un tel sucre est particulièrement pur. Le sucre cristallisé intégral obtenu est avantageusement de couleur brune.
Avantageusement, lors de l’étape de cristallisation, on réalise une chauffe préliminaire du jus filtré concentré à une température d’évaporation préliminaire, sous une pression préliminaire comprise entre 250 millibars et 350 millibars, de préférence environ égale à 300 millibars, ladite température d’évaporation préliminaire étant fonction de ladite pression préliminaire.
Cette chauffe préliminaire permet d’évaporer le liquide contenu dans le jus filtré concentré jusqu’à sursaturation de ce dernier et donc jusqu’à déclenchement spontané de la cristallisation. Il n’est pas nécessaire d’ensemencer le jus filtré concentré pour déclencher la cristallisation.
Cette chauffe préliminaire est avantageusement conduite pendant 30 à 60 minutes. Cette étape de chauffe préliminaire permet de concentrer davantage le jus filtré concentré. Cette étape de chauffe préliminaire est facultative.
A 300 millibars, la température d’évaporation préliminaire est avantageusement choisie environ égale à 75°C. Ce couple de pression et température permet de limiter la coloration du sucre cristallisé intégral finalement obtenu.
De manière préférentielle, lors de l’étape de cristallisation, on réalise une chauffe principale du jus filtré concentré à une température d’évaporation principale, sous une pression principale comprise entre 100 millibars et 200 millibars, de préférence environ égale à 150 millibars, ladite température d’évaporation principale étant fonction de ladite pression principale. Cette étape de chauffe principale permet d’évaporer l’eau liée résiduelle jusqu’à cristallisation sensiblement complète. Les paramètres de température et pression sont choisis de manière à réaliser une cristallisation la plus rapide possible, la plus complète possible et à moindre coût.
A 150 millibars, la température d’évaporation principale est avantageusement choisie environ égale à 70°C.
Selon l’invention, on comprend que la chauffe principale est poursuivie jusqu’à obtenir ledit sucre cristallisé intégral ayant un taux d’humidité compris entre 0% à 10%.
De préférence, avant l’étape de pressage des betteraves on réalise une étape de broyage desdites betteraves. On comprend alors que les betteraves broyées sont ensuite pressées. Un intérêt de faciliter le pressage des betteraves en les acheminant sous forme broyée. Ceci permet notamment d’extraire plus efficacement le jus sucré au cours du pressage.
De manière avantageuse, on agite le jus filtré concentré au cours de l’étape de cristallisation. Un intérêt est d’éviter la caramélisation du sucre et de favoriser la formation des cristaux de sucre. La cristallisation est donc d’autant plus rapide. L’agitation est de préférence maintenue de manière continue. L’agitation est de préférence réalisée à une vitesse constante.
De préférence, suite à l’étape de cristallisation, on place instantanément ledit sucre cristallisé intégral obtenu à la pression atmosphérique. La mise à la pression atmosphérique n’est donc pas progressive mais soudaine. Un intérêt est d’éviter que le taux d’humidité du sucre cristallisé intégral obtenu n’augmente, par exemple en sortie de l’unité de cristallisation.
Avantageusement, l’étape de pressage des betteraves produit de la pulpe de betteraves, et on réalise une étape de diffusion dans laquelle on fait circuler ladite pulpe de betteraves dans un liquide de diffusion de manière à obtenir un jus de diffusion sucré. Un tel jus sucré peut ensuite être ajouté au jus sucré obtenu par le pressage des betteraves, ce mélange étant ensuite soumis à l’étape de filtration. Un intérêt est d’extraire davantage de sucre des betteraves et donc de réduire le gaspillage. Le liquide de diffusion est de préférence chauffé à une température comprise entre 60°C et 100°C.
De manière non limitative, le liquide de diffusion peut être le liquide évaporé suite à l’étape de concentration par évaporation du jus sucré filtré.
L’invention porte par ailleurs sur une installation de production de sucre à partir de betteraves comprenant :
- une presse configurée pour presser au moins un lot betteraves de manière à extraire un jus sucré ;
- au moins une membrane filtrante configurée pour filtrer le jus sucré ;
- une unité d’évaporation configurée pour concentrer le jus sucré filtré par évaporation, de manière à obtenir un jus filtré concentré ayant une concentration en matière sèche supérieure à un seuil de concentration prédéterminé;
- une unité de cristallisation comprenant une enceinte configurée pour recevoir le jus filtré concentré, une pompe à vide configurée pour faire le vide au sein de l’enceinte et un module de chauffage configuré pour chauffer le jus filtré concentré placé sous vide afin d’évaporer le liquide résiduel contenu dans le jus filtré concentré, jusqu’à obtenir un sucre cristallisé intégral ayant un taux d’humidité compris entre 0% et 10%.
- une presse configurée pour presser au moins un lot betteraves de manière à extraire un jus sucré ;
- au moins une membrane filtrante configurée pour filtrer le jus sucré ;
- une unité d’évaporation configurée pour concentrer le jus sucré filtré par évaporation, de manière à obtenir un jus filtré concentré ayant une concentration en matière sèche supérieure à un seuil de concentration prédéterminé;
- une unité de cristallisation comprenant une enceinte configurée pour recevoir le jus filtré concentré, une pompe à vide configurée pour faire le vide au sein de l’enceinte et un module de chauffage configuré pour chauffer le jus filtré concentré placé sous vide afin d’évaporer le liquide résiduel contenu dans le jus filtré concentré, jusqu’à obtenir un sucre cristallisé intégral ayant un taux d’humidité compris entre 0% et 10%.
De préférence, la presse est une presse à piston, encore de préférence une presse pneumatique. Elle peut être horizontale ou verticale. La presse comprend avantageusement un organe de filtration intégré.
L’unité d’évaporation est de préférence une unité d’évaporation à flots tombants. Un intérêt est de permet une évaporation d’autant plus rapide. L’unité d’évaporation est de préférence configurée pour concentrer le jus sucré filtré sous vide.
De préférence, la membrane filtrante est une membrane d’ultrafiltration présentant un seuil de coupure compris entre 300 daltons et 15 kilodaltons. Un intérêt est de filtrer d’autant plus efficacement les molécules, et donc les rétentats, de très petite taille. Ceci permet d’obtenir un jus filtré plus clair et moins trouble, conduisant à la production d’un sucre dont la couleur est plus proche du blanc. En ajustant le seuil de coupure, on peut agir sur la coloration du sucre cristallisé intégral finalement obtenu.
De préférence, le seuil de coupure est compris entre 0.1 µm et 0.01 µm.
Préférentiellement, l’unité d’évaporation comprend un évaporateur à flots tombants.
De préférence, l’unité de cristallisation comprend un agitateur configuré pour agiter le jus filtré concentré pendant que ce dernier est chauffé.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d’un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
L’invention porte sur un procédé de production de sucre à partir de betteraves sucrières ainsi que sur une installation de production de sucre pour la mise en œuvre de ce procédé.
La montre un mode de mise en œuvre, donné à titre d’exemple non limitatif, d’un procédé de production de sucre selon l’invention, au moyen d’une installation de production de sucre10également selon l’invention.
Tel qu’illustré en , l’installation10comprend un broyeur12configuré pour broyer des betteraves. L’installation10comprend également une presse14, qui est dans cet exemple non limitatif une presse pneumatique à piston. La presse14est configurée pour presser des betteraves afin d’en extraire un jus sucré.
L’installation10comprend une unité de filtration16comprenant au moins une membrane filtrante18. La membrane filtrante18est une membrane tangentielle. C’est une membrane d’ultra-filtration. Elle présente un seuil de coupure compris entre 300 daltons et 15 kilodaltons. La membrane filtrante18peut être organique ou minérale. De manière non limitative, l’unité de filtration16peut comprendre plusieurs étages de filtration successifs comprenant chacun une membrane filtrante.
L’installation10comprend par ailleurs une unité d’évaporation20 configurée pour concentrer un jus sucré par évaporation, en chauffant ce dernier. Dans cet exemple non limitatif, l’unité d’évaporation20est une unité d’évaporation à flots tombants fonctionnant sous vide et mettant en œuvre une technique de compression de vapeur. De manière non limitative, l’unité d’évaporation20peut être à multiple effets, de sorte qu’elle comprend une pluralité d’évaporateurs disposés en cascade. La vapeur produite par un évaporateur est alors utilisée pour le chauffage de l’évaporateur suivant.
L’installation comprend de plus une unité de cristallisation22permettant de réaliser la cristallisation d’un sucre à partir d’un jus concentré en sucre, de manière à obtenir un sucre cristallisé intégral conformément à l’invention. Dans cet exemple non limitatif, l’unité de cristallisation22est un sécheur sous vide. Elle comprend une enceinte24destinée à recevoir le jus concentré en sucre. L’unité de cristallisation22comprend en outre une pompe à vide26configurée pour faire le vide au sein de l’enceinte24. L’unité de cristallisation22comprend par ailleurs un module de chauffage28configuré pour chauffer l’intérieur de l’enceinte24.
De manière non limitative, l’unité de cristallisation22comprend par ailleurs un agitateur30.
Dans cet exemple non limitatif, l’installation comprend également un extracteur32permettant de réaliser une étape de diffusion, notamment des pulpespde betteraves issues du pressage.
L’installation est dépourvue de dispositif de centrifugation.
En référence à la , nous allons maintenant décrire les étapes du procédé de production de sucre selon l’invention mis en œuvre à l’aide de l’installation10.
Selon une première étapeS1, on fournit un lot de betteraves sucrièresB, et plus précisément des racines de betteraves sucrières dont les feuilles ont été retirées. Ces betteravesBont de préférence été au préalable triées, lavées et pesées. Dans une deuxième étapeS2non limitative, ces betteravesBsont broyées au moyen du broyeur12. Cette étape de broyage permettra ensuite de faciliter l’extraction du jus sucré lors du pressage.
Selon une troisième étapeS3, on réalise le pressage des betteravesBbroyées, au moyen de la presse14, de manière à extraire un jus sucréJs 1 . Ce jus sucréJs 1 se compose essentiellement d’eau et de saccharose. Un premier pressage permet d’extraire sensiblement 70% du jus sucré naturellement présent dans la betterave sucrièreB. De manière non limitative, un même lot de betteraves peut être pressé à plusieurs reprises afin d’extraire d’autant plus de jus sucré.
Cette étapeS3de pressage permet de s’affranchir d’une étape de diffusion pour extraire l’essentiel du jus sucré, et donc de l’utilisation d’un diffuseur de grande taille particulièrement coûteux. La consommation en eau et en énergie pour chauffer cette eau est particulièrement réduite. La production de dioxyde de carbone est également réduite.
L’étape de pressage produit des pulpespde betteraves contenant encore une petite quantité de sucre. Dans cet exemple non limitatif, on réalise une étape de diffusion à partir des pulpespde betteraves issues du pressage, afin de collecter une partie du sucre résiduel. Ces pulpes sont placées dans l’extracteur32où l’on fait circuler à contre-courant un liquide de diffusionLchauffé, ici de l’eau. Ce liquide de diffusion peut être issu de l’évaporation du liquide lors de l’étape de concentration selon le procédé, appliquée à un lot de betteraves précédent. Ce liquide de diffusionLse charge alors en sucre par diffusion de sorte qu’on obtient un jus de diffusion sucréJs 2 en sortie de l’extracteur32. Ce jus de diffusion sucréJs 2 peut être ajouté au jus sucréJs 1 obtenu après pressage. Un intérêt est d’augmenter le rendement du procédé en extrayant davantage de sucre des betteraves.
Les pulpes appauvries résultant de cette étape de diffusion peuvent être utilisée en biscuiterie, en panification ou en tant que complément alimentaire.
Le jus sucréJs 1 extrait par pressage, auquel on a ici ajouté, de manière non limitative, le jus de diffusionJs 2 , est acheminé vers l’unité de filtration16.
On réalise alors une étape de filtrationS4au moyen de la ou des membrane(s) filtrante(s)18de l’unité de filtration16, de manière à obtenir un jus sucré filtréJsf. Le jus sucré est ici chauffé à environ 75°C avant d’être filtré. La filtration réalisée est une ultra-filtration tangentielle, permettant de clarifier et purifier le jus sucré en retenant les molécules dont la dimension est supérieure au seuil de coupure de ladite membrane filtrante18. De manière non limitative, l’étape de filtrationS4peut être répétée à plusieurs reprises afin de purifier encore davantage le jus sucré filtréJsf.
Le jus sucré filtréJsfobtenu suite à l’étape de filtrationS 4 présente une concentration en matière sèche avantageusement supérieure à 60 % et sa pureté, considérée comme étant le rapport entre sa concentration en sucre sur sa concentration en matière sèche, est avantageusement supérieure à 80%. L’étape de filtrationS4constitue une étape de purification du jus sucré. Grâce à l’invention, il n’est pas nécessaire de purifier le jus sucré au moyen de chaux. Le procédé selon l’invention ne met pas en œuvre de produits chimique et permet également de réduire la production de dioxyde de carbone. La pureté du jus sucré filtré est suffisante pour permettre sa concentration par évaporation.
Le jus sucré filtréJsfest ensuite acheminé vers l’unité d’évaporation20et on réalise une cinquième étapeS5de concentration du jus sucré filtréJsf, par évaporation, à l’aide de ladite unité d’évaporation20. Au sein de l’unité d’évaporation, le jus sucré filtréJsfest chauffé, de préférence sous vide, de manière à évaporer une partie du liquide qu’il contient. Le jus sucré filtréJsfest maintenu en circulation à l’intérieur de l’unité d’évaporation tout au long de l’étape de concentration. Une partie du liquide, notamment de l’eau, contenu initialement dans le jus sucré filtré s’évapore jusqu’à obtenir un jus filtré concentréJsfcayant une concentration en matière sèche supérieure à un seuil de concentration prédéterminé. Dans cet exemple non limitatif, le seuil de concentration prédéterminé est environ égal à 80%, soit une concentration en matière sèche supérieure à 80%. Le jus filtré concentréJsfcforme un sirop.
Le jus filtré concentréJsfcest alors amené dans l’enceinte24de l’unité de cristallisation. L’enceinte24est placée sous vide à l’aide de la pompe à vide26, à une pression inférieure à la pression atmosphérique. On réalise alors une sixième étapeS6de cristallisation dans laquelle on chauffe, au moyen du module de chauffage28, le jus filtré concentréJsfcsous vide afin d’évaporer le liquide résiduel contenu dans le jus filtré concentré et réaliser la cristallisation du sucre, jusqu’à obtention d’un sucre cristallisé intégralC. Le liquide évaporé est essentiellement de l’eau. De manière non limitative, la chauffe est réalisée par l’intermédiaire d’un fluide chauffé à une température de consigne, par exemple de l’eau ou de la vapeur d’eau.
De préférence, le jus filtré concentréJsfcest agité à l’aide de l’agitateur30pendant qu’il est chauffé, de préférence de manière continue et tout au long de la cristallisation.
Un exemple d’étapeS6de cristallisation selon l’invention va être décrit en référence à la . Cette est un graphique illustrant, en points blancs, l’évolution de la températureTdu jus filtré concentréJsfcet, en points noirs, l’évolution de la pressionPau sein de l’enceinte24en fonction du tempst, au cours de l’étape de cristallisation.
Tel qu’on le constate sur ce graphique, on réalise d’abord une chauffe préliminaire du jus filtré concentréJsfcpendant une périodet1d’une durée d’environ 35 minutes. Le jus filtré concentré est chauffé par l’intermédiaire d’une eau chauffée maintenue à une température de consigne d’environ 100°C. Pendant cette chauffe préliminaire, l’enceinte est placée sous vide à une pression préliminairePd’environ 300 millibars de sorte que le jus filtré concentréJsfc est amené à une température d’évaporation préliminaire d’environ 76°C. En se plaçant sous vide, la température d’ébullition du liquide et notamment de l’eau contenue dans le jus filtré concentréJsfcest abaissée. La consommation d’énergie nécessaire à l’évaporation de l’eau résiduelle est donc réduite. Cette étape de chauffe préliminaire permet de concentrer davantage le jus filtré concentréJsfcjusqu’à déclenchement de la cristallisation. Le couple de pressionPet températureTappliqué lors de cette étape de chauffe préliminaire permet en outre de réduire la coloration du sucre cristallisé intégralCfinalement obtenu.
Durant une deuxième périodet2illustrée en , allant des minutes 35 à 45, le jus filtré concentréJsfcest amené à sursaturation et la cristallisation débute de manière spontanée, sans qu’il ne soit nécessaire de l’ensemencer.
Dans une troisième périodet3de la cristallisation, allant dans cet exemple non limitatif des minutes 45 à 55, on baisse la pressionP, de sorte que la températureTdu jus filtré concentréJsfcest abaissée également. Durant cette troisième étapet3, on réalise une chauffe principale du jus filtré concentré à une pression principale d’environ 150 millibars, le jus filtré concentré étant à une température d’évaporation principale d’environ 70°C.
Durant cette étape de chauffe principale, la cristallisation se poursuit et se complète. Selon l’invention, la chauffe, et donc ici l’étape de chauffe principale, est poursuivie jusqu’à obtenir un sucre cristallisé intégralCayant un taux d’humidité compris entre 0% à 10%, de préférence inférieur à 7%, encore de préférence inférieur à 5%. Autrement dit, la chauffe est poursuivie jusqu’à cristalliser complètement, ou sensiblement complètement, le sucre. Le liquide initialement contenu dans le jus filtré concentréJsfcest donc en grande partie évaporé au cours de l’étape de cristallisation. Le procédé selon l’invention, et notamment l’étape de cristallisation, conduit directement à la formation d’un sucre cristallisé intégralCet ne s’accompagne pas d’une séparation d’une mélasse par rapport aux cristaux de sucre. Il n’y a donc pas lieu de réaliser une étape finale de centrifugation. Les minéraux, nutriments, oligo-éléments et vitamines initialement contenus dans le jus filtré concentré sont fixés sur les cristaux de sucre par adsorption. Aussi, le sucre cristallisé intégral obtenu grâce au procédé selon l’invention conserve de grandes qualités nutritives.
Au cours de l’étape de cristallisation, la formation de cristaux de sucre est sensiblement linéaire au cours du temps.
Suite à cette troisième périodet3et donc lorsque la cristallisation est terminée, on place instantanément ledit sucre cristallisé intégralCobtenu à la pression atmosphérique, afin d’éviter que son taux d’humidité n’augmente. Un air sec peut être soufflé sur le sucre cristallisé intégral. Le sucre cristallisé intégralCpeut alors être conditionné et consommé.
Claims (14)
- Procédé de production de sucre à partir de betteraves (B), le procédé comprenant les étapes selon lesquelles :
- on fournit au moins un lot de betteraves ;
- on réalise au moins une étape de pressage des betteraves de manière à extraire un jus sucré (Js1) ;
- on filtre le jus sucré à l’aide d’au moins une membrane filtrante (18);
- on concentre le jus sucré filtré (Jsf) par évaporation de manière à obtenir un jus filtré concentré (Jsfc) ayant une concentration en matière sèche supérieure à un seuil de concentration prédéterminé; et
- on réalise une étape de cristallisation dans laquelle on chauffe le jus filtré concentré sous vide afin d’évaporer le liquide résiduel contenu dans le jus filtré concentré, la chauffe étant poursuivie jusqu’à obtenir un sucre cristallisé intégral (C) ayant un taux d’humidité compris entre 0% à 10%. - Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit seuil de concentration prédéterminé est compris entre 65% et 85%, de préférence environ égal à 80%.
- Procédé de selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la chauffe est poursuivie jusqu’à obtenir un sucre cristallisé intégral (C) ayant un taux d’humidité inférieur à 7%, de préférence inférieur à 5 %.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le sucre intégral cristallisé (C) obtenu présente une concentration en saccharose supérieure à 85%, de préférence environ égale à 90%.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel lors de l’étape de cristallisation, on réalise une chauffe préliminaire du jus filtré concentré (Jsfc) à une température d’évaporation préliminaire, sous une pression préliminaire comprise entre 250 millibars et 350 millibars, de préférence environ égale à 300 millibars, ladite température d’évaporation préliminaire étant fonction de ladite pression préliminaire.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, lors de l’étape de cristallisation, on réalise une chauffe principale du jus filtré concentré (Jsfc) à une température d’évaporation principale, sous une pression principale comprise entre 100 millibars et 200 millibars, de préférence environ égale à 150 millibars, ladite température d’évaporation principale étant fonction de ladite pression principale.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel avant l’étape de pressage des betteraves (B) on réalise une étape de broyage desdites betteraves.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel on agite le jus filtré concentré (Jsfc) au cours de l’étape de cristallisation.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel, suite à l’étape de cristallisation, on place instantanément ledit sucre cristallisé intégral obtenu (C) à la pression atmosphérique.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel l’étape de pressage des betteraves produit de la pulpe (p) de betteraves, dans lequel on réalise une étape de diffusion dans laquelle on fait circuler ladite pulpe de betteraves dans un liquide de diffusion (L) de manière à obtenir un jus de diffusion sucré (Js2).
- Installation (10) de production de sucre à partir de betteraves comprenant :
- une presse (14) configurée pour presser au moins un lot betteraves (B) de manière à extraire un jus sucré (Js1);
- au moins une membrane filtrante (18) configurée pour filtrer le jus sucré ;
- une unité d’évaporation (20) configurée pour concentrer le jus sucré filtré (Jsf) par évaporation, de manière à obtenir un jus filtré concentré (Jsfc) ayant une concentration en matière sèche supérieure à un seuil de concentration prédéterminé;
- une unité de cristallisation (22) comprenant une enceinte (24) configurée pour recevoir le jus filtré concentré, une pompe à vide (26) configurée pour faire le vide au sein de l’enceinte et un module de chauffage (28) configuré pour chauffer le jus filtré concentré placé sous vide afin d’évaporer le liquide résiduel contenu dans le jus filtré concentré, jusqu’à obtenir un sucre cristallisé intégral (C) ayant un taux d’humidité compris entre 0% et 10%. - Installation de production de sucre selon la revendication 11, dans laquelle la membrane filtrante (18) est une membrane d’ultrafiltration présentant un seuil de coupure compris entre 300 daltons et 15 kilodaltons.
- Installation de production de sucre selon la revendication 11 ou 12, dans laquelle l’unité d’évaporation (20) comprend un évaporateur à flots tombants.
- Installation de production de sucre selon l’une quelconque des revendications 11 à 13, dans laquelle l’unité de cristallisation (22) comprend un agitateur (30) configuré pour agiter le jus filtré concentré (Jsfc) pendant que ce dernier est chauffé.
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