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Valorisation de résidus de transformation industrielle de tomates: extraction et caractérisation de l'huile de graines de tomates( Télécharger le fichier original )par Martin AHISHAKIYE, Mohand AITAMOUR Université Saad Dahlab de Blida - Ingénieur Agronome, Spécialité Sciences alimentaires 2010 |
PARTIE I :Etude bibliographique
PARTIE I : Etude bibliographique1. Situation économique de la filière tomate 1.1. Dans le monde 1.1.1. La production La tomate est, après la pomme de terre, le légume le plus consommé dans le monde. Selon les statistiques de l'organisation des Nations unies pour l'alimentation et l'agriculture, la production mondiale de tomates s'élevait en 2007 à 126,2 millions de tonnes pour une surface de 4,63 millions d'hectares, soit un rendement moyen de 27,3 tonnes à l'hectare (FAQ-STAT, 2009). Ces chiffres ne tiennent toutefois compte que de la production commercialisée, et n'incluent pas les productions familiales et vivrières qui peuvent être non négligeables dans certaines régions (Anonyme (b), 2010). La Chine avec une production de 33,6 millions de tonnes est de loin le premier producteur mondial de tomate. 85% de cette production est destinée essentiellement au marché intérieur pour la consommation en frais (Heuvelink, 2009 ; Anonyme (b) 2010). Elle est suivie par cinq pays produisant chacun plus de 5 millions de tonnes : les États-Unis, la Turquie, l'Inde, l'Égypte, et l'Italie. (Anonyme (b), 2010) La figure 1 donne la répartition de la production de tomate dans les principaux pays producteurs en 2005.
Pays Figure 1 : repartition de la production de tomate dans les principaux pays producteur en 2005 (Source : United Nations, Food and Agriculture Organization, FAO- Stat database (10/2007). La production de tomates fraîches pour la transformation industrielle représente 26,8 millions de tonnes, soit 23,4 % de la production mondiale en 2002 (Anonyme (b), 2010). Les trois principales zones de production sont la Californie, le bassin méditerranéen et la Chine. La Californie produit 10 millions de tonnes, soit 96 % de la production des États-Unis. La production des pays du bassin méditerranéen (onze pays dont cinq de l'Union européenne) s'élève à 10,5 millions de tonnes. La production chinoise atteint 2,8 millions de tonnes en 2002, mais connaît une croissance très rapide. Les autres pays producteurs sont localisés dans l'hémisphère nord : le Canada, la Hongrie et la Bulgarie, et dans l'hémisphère sud : le Brésil, le Chili et l'Argentine (Anonyme(b) 2009). (annexe i). 1.1.2. Échanges internationaux En 2006, les exportations de tomates fraiches ont porté sur un peu plus de 6 millions de tonnes, soit 4,8 % de la production mondiale de l'année. Les trois premiers pays exportateurs (environ 1 million de tonnes chacun) sont le Mexique, la Syrie et l'Espagne. Le Mexique fournit essentiellement les États-Unis, et l'Espagne l'Union européenne (FAO-STAT, 2009 ; Anonyme (b) 2010). La même année les premiers pays importateurs de tomates fraiches sont dans l'ordre les États-Unis, l'Allemagne, la France, le Royaume-Uni et la Russie (Anonyme (b), 2010). Concernant la tomate transformée (pâte et purée), les principaux pays exportateurs sont en 2006 la Chine, l'Union européenne, les États-Unis, le Chili et la Turquie. Cependant, la Chine, dont la production connaît une croissance impressionnante, est de loin l'exportateur le plus important avec 675 000 tonnes de pâte exportée en 2007, chiffre multiplié par six entre 1999 et 2007 (ANONYME (K), 2007). La même année, les principaux pays importateurs sont la Russie, le Japon, l'Union européenne, le Mexique et le Canada (Anonyme (b) 2010). 1.1.3. Consommation Selon les statistiques de la FAO, la consommation mondiale de tomates s'élevait en 2003 à 102,8 millions de tonnes.
Elle est un peu moins élevée que la production, les 18 premiers pays grands consommateurs de tomates représentant 77 % de la consommation global. En tête figure la Chine (24,6 %) suivie par les États-Unis (9,8 %), l'Inde (8,7 %), la Turquie (5,9 %) et l'Égypte (5,9 %) (Anonyme (b), 2010). Parmi ces pays, apparaissent aussi la France, l'Allemagne et le Japon qui jouent un moindre rôle dans la production. Si l'on considère la consommation annuelle par habitant, le record appartient à la Libye avec 117 kg, suivie par la Grèce (115 kg) et d'autres pays du bassin méditerranéen (Tunisie, Turquie, Égypte, Italie, Liban). Ces chiffres ne tiennent pas compte de l'autoconsommation (Anonyme (b), 2010). Les Principaux pays consommateurs de tomates sont donnés dans le tableau 1. Tableau 1 : Principaux pays consommateurs de tomates
Source : Anonyme (b), 2010 PARTIE I : Etude bibliographique 1.2. En Algérie La production de la tomate en Algérie était de 402 020 tonnes en 1990, elle a connu des variations (augmentations et diminutions) pour atteindre son pic en 2004 de 1 092 270 tonnes. La figure 2 représente l'évolution de la tomate en Algérie entre 1990 et 2005 : production de Tomate en Algérie de 1990-2005
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Production en milliers de tonnes 1 200,00 1 000,00 400,00 800,00 600,00 200,00 0,00 Années Figure 2 : Evolution de la production de tomate en Algérie 1990 - 2005 Source : FAO-STAT, 2007 1.2.1. Tomate industrielle et Industrie de conserve de tomate en Algérie La culture de la tomate industrielle en Algérie a démarré dans les années 1920, dans la région de l'est avec la création de la première conserverie TOMACOOP à Bône (actuellement Annaba). Le nombre d'usines à l'échelle nationale est passé de 5 à 26 entre 1970 et 2000. Les surfaces consacrées à la tomate d'industrie ont également augmenté, pour passer de 100 hectares en 1930 à 2 000 en 1960, pour arriver à une fourchette comprise entre 24 000 et 31 000 hectares ces dernières années (AMITOM, 2010). La tomate est, en 2003, la principale culture industrielle. Elle connaît actuellement un renforcement de sa culture en raison du niveau important que connaisse la consommation nationale de conserves de tomate. Consommation estimée à plus de 3 kg par habitant et par an et susceptible de croissance importante (Rachedi, 2004). Cette culture occupe environ 25 000 Ha. Elle est fortement concentrée (plus de 80%) dans la région Est, notamment dans les wilayat de El-Tarf, Skikda, Guelma, Annaba et Jijel. Le reste, soit 20%, étant réparti entre le centre et l'ouest de pays. Régions où cette culture prend de l'ampleur suite aux rendements importants obtenus en irrigué (Rachedi, 2004). Tableau 2 : Evolution des productions des tomates industrielles (2000-2006)
Source : Rachedi, 2004 et Anonyme (e), 2007 Le potentiel de production mis en place à travers les unités de fabrication de conserve de tomates est évalué à environ 25 200 tonnes de tomates fraiches /jour. Les unités de transformation sont principalement localisées à l'Est du pays à proximité des lieux de production de tomates. De 2000 à 2003, la transformation de tomates à évolué comme suit (Rachedi, 2004): Tableau 3 : Evolution de la transformation de tomates en Algérie (en tonnes)
AMITOM, 2010 Les principaux produits fabriqués sont le simple et le double concentré, parfois le triple concentré. Les principales entreprises intervenant dans ce domaine sont données ci-après à titre indicatif, en l'absence d'un recensement exhaustif : Tableau 4 : Les entreprises de transformation de tomates industrielle en Algérie
Source : Rachedi, 2004 et Anonyme (d), 2009 1.2.2. Echanges commerciaux de la tomate en Algérie Les besoins annuels nationaux en double concentré sont estimés à 80 000 tonnes alors que la capacité actuelle totale des usines de transformation en Algérie est de l'ordre de 140 000 tonnes de concentré par an (AMITOM, 2010). Le secteur de la transformation de la tomate produit essentiellement du double concentré de tomate (22% et 28%) en boîtes métalliques (1/4 et 1/2), destiné exclusivement au marché national (Pascal et Branthome, 2006). Le commerce extérieur, en ces produits, concerne pour l'essentiel l'importation de concentré de tomates sous les formes de triple concentré destiné à être étendu en double concentré en vue de sa mise à la consommation et de double concentré pour sa vente en l'état. Les importations en ces produits proviennent pour l'essentiel de l'Europe, de Tunisie et plus récemment d'Asie (Rachedi, 2004). Les quantités de concentré importé se sont envolées, passant de 2 600 tonnes en 2001 à 38 100 tonnes en 2004 du fait du démantèlement tarifaire décidé par le gouvernement en 2001 concernant aussi bien le double que le triple concentré : à partir de 2001 la taxation additionnelle à l'importation est passée de 60 % à 30 % (AMITOM, 2010). L'évolution des importations de conserves de tomates en Algérie a évolué comme suit : Importations des conserves de tomates en Algérie 2001-2004
2001 2002 2003 2004 Années Figure 3 : Evolution des importations de conserves de tomates en Algérie 2001-2004 (Source : AMITOM, 2010). Les exportations enregistrées de 2000 à 2003 n'ont pas dépassé 100 tonnes de Double concentré de tomates (DCT). En 2004, elles progresseraient significativement en données relatives pour atteindre 240 tonnes. Le solde des échanges reste très largement déficitaire, à plus de 200 000 tonnes d'équivalents de tomates fraiches (Pascal et Branthome, 2006). 2. Présentation botanique La tomate (Solanum lycopersicum L.) est une espèce de plante herbacée de la famille des solanacées, originaire du nord-ouest de l'Amérique du Sud, largement cultivée pour son fruit. Le terme désigne aussi ce fruit charnu, qui est l'un des légumes les plus importants dans l'alimentation humaine et qui se consomme frais ou transformé. La tomate est devenue un élément incontournable de la gastronomie de nombreux pays, et tout particulièrement en Grèce, en Italie, en Espagne et en France (Anonyme (b), 2010). La plante est cultivée, en plein champ ou sous abri, sous presque toutes les latitudes, sur une superficie d'environ trois millions d'hectares, ce qui représente près du tiers des surfaces mondiales consacrées aux légumes. La tomate a donné lieu au développement d'une importante industrie de transformation, pour la production de concentrés, de sauces, de jus et de conserves. L'espèce compte quelques variétés botaniques, dont la « tomate cerise », mais la « tomate groseille » appartient à une espèce voisine, Solanum pimpinellifolium L. et plusieurs milliers de variétés cultivées (cultivars). Compte tenu de son importance économique, elle est l'objet de nombreuses recherches scientifiques, elle est considérée comme une plante modèle en génétique. Elle a donné naissance à la première variété génétiquement transformée autorisée à la consommation commercialisée aux États-Unis dans les années 1990 (Anonyme (b) 2010). Il existe de très nombreuses variétés cultivées de Lycopersicon esculentum. La sélection faite par les hommes a privilégié les plantes à gros fruits. On distingue cependant plusieurs catégories de tomates, selon le mode de croissance de la plante `indéterminé ou déterminé' et surtout selon le type de fruit : - Les variétés à fruit plat et côtelé, de type tomate Marmande, dont le poids est élevé puisqu'il peut dépasser 1 kg ; les variétés à fruit arrondi, dont le poids varie de 100 à 300 grammes, pour lesquelles il existe des hybrides dont les fruits se conservent plus longtemps ; - Les variétés à fruit allongé avec
une extrémité arrondie, de type Roma, ou Elles ont toutes un port déterminé et leurs fruits répondent à un certain nombre de critères technologiques liés à leur transformation (Anonyme (b), 2010). La tomate est une plante de climat tempéré chaud, s a température idéale de croissanc e se situe entre 15 °C et 25 °C . Elle craint le gel et ne supporte pas les températures inférieures à + 2 °C. C'est une plante héliophile, elle demande une 2 hygrométrie moyenne, parfois un apport de CO(sous serre verre). Sa période de végétation est assez longue : il faut compter jusqu'à cinq à six mois entre le semis et la prem ière récolte. La longueur du jour a aussi une grande importance. Sous les climats tempérés, la tomate poussera mieux et plus vite en juillet (durée du jour de 17 à 18h) qu'en septembre lorsque la durée du jour diminue (durée du jour moins de 12h). Ceci exp lique aussi pourquoi la culture de la tomate s'adapte mal dans certains Anonyme(b) 2010). pays ayant un climat propice ( La figure suivante présente le contenu interne d'une tomate.
Figure 4 : Coupe longitudinale (à gauche) et co upe transversale d'un fruit de tomate Source : Anonyme (a) , 2005 de la tomate est la suivante: La classification botanique Genre : Solanum Nom binominal (espèce) : Solanum lycopersicum L., 1753 (Anonyme (b), 2010) Règne : Plantae Sous-règne : Tracheobionta Division : Magnoliophyta Classe : Magnoliopsida Sous-classe : Asteridae Ordre : Solanales Famille : Solanaceae 3. Composition chimique de la tomate fraiche Les principaux constituants chimiques de la tomate fraiche sont donnés dans le tableau 5 : Tableau 5 : Composition de la tomate fraiche
(Source : cotte, 2000) La composition biochimique des fruits de tomate fraîche dépend de plusieurs facteurs, à savoir : la variété, l'état de maturation, la lumière, la température, la saison, le sol, l'irrigation et les pratiques culturales (SALUNKHE et al. 1974). Le jus représente la majeure partie des constituants physiques de la tomate. La tomate est constituée de 94 à 96 % de jus, 1 à 1.5 % de pépins et 1,5 à 2,5% de pelures et fibres. Les sucres contenus dans la tomate sont essentiellement des sucres réducteurs : le glucose représente 0,88-1,25%, et le fructose 1,08-1,48% (MORESI et LIVEROTTI, 1982). Les constituants protéiques sont présents en faible concentration dans la majorité des fruits et légumes. Ils sont toutefois d'une importance capitale en tant qu'enzymes impliquées dans le métabolisme des fruits au cours de leur croissance. La tomate malgré sa faible teneur en protéines (1,1%) contient pratiquement tous les acides aminés (Yu et al. 1967). La composition en lipides varie en fonction de la variété et du degré de maturité lors de la récolte ; il répertorie plus de 33 acides gras dans le péricarpe, la teneur en lipides et 0,3 g par 100g de poids frais (SOLTNER, 1988). La teneur globale en cendres et de 0,75%. Les principaux minéraux qui entre dans la constitution de la tomate sont : le Calcium (2,95 à 3,95 ppm), le Magnésium (2,5 à 4 ppm), le Fer (0,6 à 0,8 ppm), le Phosphore (2,4 à 2,9 ppm), le Potassium (18,7 à 29,5 ppm) et le Sodium (15,7 à 17,6 ppm) (Cotte, 2000). Outre ces principaux constituants le fruit de la tomate contient les vitamines, des enzymes, des substances pectiques, des pigments porphyriques comme les chlorophylles et les caroténoïdes dont le carotène, le lycopène, les xanthophylles, etc (HART et SCOOT, 1995). 4. Technologie de la transformation des tomates 4.1. Nomenclature des différents produits à base de tomates La tomate est utilisée dans l'industrie alimentaire pour la préparation des produits à base de tomates tels que la pulpe, le jus, la sauce, la purée, le concentré et la poudre de tomate (GOLOUBIEV et CHEBANE, 1988). - La pulpe de tomate : il s'agit de tomates écrasées avant ou après élimination des peaux et des graines. - Le jus de tomates : c'est le jus provenant des tomates entières écrasées dans lesquelles la peau et les graines ont été éliminées et qui a été soumis à une fine désagrégation et qui est donné à la consommation sans dilution ou concentration. - Le sérum de tomate : c'est le jus de tomate qui a été filtré ou centrifugé pour éliminer complètement les particules solides en suspension. - Les pâtes de tomates : c'est le produit résultant de la concentration de la pulpe de tomates après l'élimination des peaux et les graines, et contenant 24% ou plus de substances solubles totales. Les pâtes de tomates sont commercialisées dans des petits emballages et vendues comme condiments et peuvent aussi être décrites comme purée de tomates. - La purée de tomates : c'est le terme appliqué aux pâtes de tomates de faible concentration comprises entre 8 et 24% de substances solides solubles. Aux USA, la purée de tomates peut aussi être appelée « pulpe de tomate ou concentré de jus de tomates ». - Le sirop d tomate : il correspond au sérum de tomate qui a été concentré. - Les sauces de tomates :
4.2. Technologie de fabrication de tomates concentrées La transformation de la tomate en concentré de tomates passe par les étapes suivantes : 4.2.1. Le lavage et le triage Cette opération commune à tous les végétaux, consiste à éliminer toutes les souillures qui peuvent être à l'origine d'une éventuelle contamination. Les tomates sont lavées avec de l'eau tiède et chlorée à 5 ou 10 ppm dans des tanks ou dans des bacs sous pression ou sous agitation permanente, suivie d'un rinçage par aspersion d'eau à haute pression pour éliminer les résidus, les microorganismes, les insectes, les larves et les saletés adhérent aux fruits (GOOSE et al.1973). 4.2.2. Le broyage Les fruits de tomates lavés sont comprimés entre 2 rouleaux de manière à faire couler le liquide des loges du fruit. Le mélange obtenu passe ensuite à travers d'un tamis rotatif pour séparer le liquide des parties solides de la tomate. Les tomates débarrassées de leurs peaux et de leurs graines sont alors envoyées au broyeur qui assure le concassage (GOOSE et al. 1973). 4.2.3. Le préchauffage Il a pour rôle de cuire la pulpe afin de faciliter la séparation de la peau et de maîtriser les propriétés physico-chimiques du jus. Selon l'usage final du produit à fabriquer, deux modes de préchauffage sont pratiqués ; il s'agit du cold break qui consiste à un broyage à température ambiante suivi d'un préchauffage à 60°C (Bartholin et Kouaa, 1981) et le hot break dont le principe consiste à porter les tomates immédiatement après leur broyage à la température de 90 à 95°C pendant un temps très court (15s). PARTIE I : Etude bibliographique 4.2.4. Le raffinage Permet l'obtention du jus de tomate après élimination de la peau et des graines. le raffinage se déroule dans une raffineuse constituée d'une série de tamis dont le diamètre des perforation est différents. La pulpe de tomate est introduite à l'intérieur à l'aide de pales tournant à grande vitesse dont l'effet est de forcer le jus à travers les perforations du tamis pour retenir les particules les plus grosses. Le pulpeur de diamètre 1,2mm permet de retenir les peaux, les graines, les pédoncules et les parties lignifiées. Le dernier tamis ou le finisseur de diamètre 0,2 à 0,4 mm permet de récupérer un jus très homogène renfermant des particules les plus fines possibles. Un second passage des résidus permet de récupérer le jus restant entrainant ainsi l'augmentation du rendement d'extraction. Par ailleurs, on obtient à la fin de cette opération des résidus qui seront valorisés, les graines seront utilisées soit comme semences, soit pour l'extraction d'huile, les peaux et les autres parties végétales seront destinées pour l'alimentation animale ou brulée comme combustible ou fuel (Moresi et Liverotti, 1982). 4.2.5. La concentration C'est l'opération qui permet de prolonger la durée de conservation de la tomate en éliminant la quantité d'eau active à l'origine du volume et des coûts de stockage (Hayes et Al. 1998). Le jus de tomate raffiné est concentré par évaporation sous vide partielle dans des évaporateurs à multiples effets. Ce procédé décrit par Goose et al. 1973 est repris par Hayes et al. 1998 a l'avantage de prévenir le brunissement et d'améliorer le transfert de chaleur. Par ailleurs, d'autres procédés tel que l'osmose inverse et la cryodessiccation sont utilisés dans la production des concentrés de tomates. 4.2.6. La pasteurisation Elle assure la stabilité du concentré de tomate par un traitement thermique de quelques secondes à une température supérieure à 85°C, ce traitement permet de prévenir l'altération par les lactobacilles (Moresi et Liverotti, 1982). La pâte de tomate est ensuite aspirée de l'évaporateur vers la remplisseuse, qui est constituée d'un tank de réception de la pâte de tomate, d'un échangeur de chaleur tubulaire de pasteurisation et d'un tube de circulation (GOOSE et al. 1973). 4.2.7. Le remplissage, sertissage et refroidissement La pâte pasteurisée est automatiquement versée chaude dans les boîtes en fer blanc pré-stérilisées avec de la vapeur. Les boîtes sont immédiatement sorties puis retournées et laissées ainsi pendant 3 minutes pour stériliser le couvercle (Moresi et Liverotti, 1982). Les boites de pâte de tomate doivent ensuite être rapidement refroidies afin d'éviter la détérioration de la flaveur et de la couleur à la suite de la rétention de la chaleur. Parmi les techniques utilisées lors du refroidissement, on peut soit pratiquer un refroidissement par l'air des boîtes empilées et rangées de façon à permettre une bonne circulation de l'air, soit pratiquer le refroidissement avec de l'eau chlorée par aspersion ou par immersion (Gould, 1992). La figure 5 résume les principales étapes entrant dans la fabrication du concentré de tomates. Récolte Lavage
Broyage
Inspection et triage Réchauffage
Préchauffage
Figure 5: Diagramme de fabrication de concentré de tomates (Source : Carvajal. 1992) 5. Les sous produits de tomates Les coproduits de tomates sont un mélange de peaux, graines et un peu de pulpe solidarisée aux téguments. Ils comportent aussi de pédoncules et des parties dures de la pulpe, de feuilles et des écarts de triage. Ils représentent selon la technique de transformation utilisée, 2 à 5% de la masse globale de tomates fraiches. En Italie, dont la production est de 6 300 000 tonnes de tomates, ils représentent 126,000 tonnes, soit 2%. (Antonio et al. 2009). En Algérie et plus particulièrement à la conserverie du Maghreb - Groupe Amour, ils sont estimés à 3% de la masse de tomates fraiches transformées. 5.1. Composition chimique Le tableau suivant donne la composition globale des résidus de tomates. Tableau 6 : Composition chimique globale des résidus de tomates
Le taux de matière sèche (MS) varie en fonction d'un éventuel séchage appliqué aux coproduits de la tomate avant leur utilisation. Lorsque celui-ci est pratiqué, le taux de matière sèche varie de 92,2 à 95%. En général. les coproduits sont utilisés à l'état frais, ce taux varie alors de 21,91 à 32,69%. L'eau représente ainsi 3/4 du poids total du coproduit, ce qui est une des limites à son utilisation. Seuls deux valeurs indiquent des taux de 14,64 et de 4,9% de MS. Pour cette dernière, ce taux très faible correspond en fait à l'utilisation de tomates fraiches entières. Pour la valeur précédente, les conditions de stockage avant analyse ou un défaut d'extraction du jus ou concentré peuvent expliquer cette humidité assez élevée (Cotte, 2000). Les matières azotées totales (MAT) sont comprises entre 16,8 et 29,58% de la matière sèche. Ces protéines ont une composition en acides aminés proche de celle du tourteau de soja. Ceci place les coproduits de la tomate parmi les aliments ayant une valeur protéique intéressantes pour les ruminants. Par ailleurs, le pourcentage d'azote soluble peut aller de 11,01 à 46,6% de l'azote. Cette large plage de variation s'explique par la proportion d'azote liée aux différentes fractions glucidiques, ellemême dépendante des processus technologiques (Cotte, 2000). Le taux de matière grasse (MG) varie de 3,45 à 21,93% de la MS et en moyenne 11,4% ce qui confère aux coproduits de la tomate une valeur énergétique intéressante. Ce taux dépend avant tout de l'importance des pépins, principale source de MG, dans la masse totale du coproduit. Sont inclus dans les MG différents pigments dont les caroténoïdes, solubles dans les solvants lipidiques mais aussi certaines cires, constituants de la cuticule des fruits (Cotte, 2000). La présence des polysaccharides est remarquable. La cellulose, la pectine, les hémicelluloses et l'amidon sont des polysaccharides ayant des propriétés structurales, émulsifiantes, stabilisant, gélatinisant, condensant et rhéologiques. (Antonio,2009). PARTIE I : Etude bibliographique 5.2. Les graines La quantité de graines par rapport à la masse totale des résidus de tomates varie selon les variétés. Elle présente une particularité d'avoir un taux élevé en MG avec une composition en AG proche de celle des graines de soja ou de tournesol. Les parois de graines de tomates à maturité sont très lignifiées. Leur composition est donnée dans le tableau 7. Tableau 7 : Composition chimique de graines de tomates
5.3. Les pelures La peau de tomate est constituée d'un hypoderme, d'un épiderme, et d'une cuticule. Dans un fruit mûr, les peaux sont essentiellement constituées de dépôts de cellulose, d'hémicellulose et d'imprégnation de lignine. La lignine peut représenter 15 à 35% de la paroi en liaison avec les hémicelluloses, les substances pectiques et certaines protéines. Elles contiennent le lycopène à l'ordre de 54mg/100g (Elvira et al. 2006). La cuticule correspond aux produits d'excrétion lipidique très complexes désignés globalement sous le terme de cire ou cutine qui sont à bases d'alcools à longues chaînes (18 à 22 atomes de carbone) estérifiés également par des acides gras à longues chaînes, d'acides gras libres, d'alcools primaires (Jarrige, 1981), et de cétones (Bonner, 1950 ; Meyer, 1961). Les principaux acides gras retrouvés sous forme d'esters ou sous libres sont les acides palmitique, stéarique, oléique et linoléique (Bonner, 1950 ; Meyer, 1961). La cuticule est également imprégnée de silice (Grenet et Besle 1991). Certains auteurs ajoutent dans la composition de la cuticule la subérine, substance cireuse qui relie les parois cellulaires entre elles (Meyer, 1961). PARTIE I : Etude bibliographique 6. Valorisation La production de tomates en Europe est estimé en 2005 à 16 millions de tonnes (AMITOM, 2010) dont 10 millions de tonnes ont été transformée générant ainsi plus de 200 mille tonnes de résidus solides (graines, peaux) (Elvira et al. 2006). Selon la législation européenne (directive2006/12/EC), les résidus doivent être débarrassés sans mettre en danger la vie humaine et en évitant d'utiliser les méthodes qui peuvent nuire à l'environnement. (Elvira et al. 2006). Outre la valorisation des résidus de transformation industrielle de fruits de tomates par les méthodes classiques (alimentation animale, compostage, épandage, etc.). Il est possible grâce au progrès de la recherche de récupérer certains constituants nobles nutritionnellement intéressants, à l'instar des pigments caroténoïdes (lycopène, â--carotène), des protéines, des sucres, des fibres et de l'huile (75% en AGI). Ces produits peuvent être utilisés pour des applications industrielles, alimentaires et cosmétiques (Elvira et al. 2006). En général. la valorisation des résidus de tomates se résume à la récupération des constituants suivants : 6.1. Le lycopène Il est essentiellement abondant dans les peaux (54mg/100g). Il est le plus commun des caroténoïdes qui se trouve dans le corps humain et il est l'un des plus puissants antioxydants caroténoïdes. Son nom est d'ailleurs dérivé de la classification de l'espèce de la tomate « solanum lycopersicum » anciennement appelé « Lycopersicum esculentum) (Elvira et al. 2006). Le lycopène peut être extrait de sa source naturelle par différents processus d'extraction. Pour l'extraction des oléorésines, on utilise l'extraction par solvant (hexane) (Zelkha et al. 1997 in Zhao et al. 2008) ou par fluides supercritiques, essentiellement le CO2. Selon Zhao et al (2008), le propane qui a une température critique douce de 96,7°C et une faible pression critique de 4,25 MPa possède une forte puissance de dissolution des composés non Polaires et faiblement polaires, ce qui le rend plus approprié pour l'extraction du lycopène. Le lycopène a un effet antioxydant et protège contre les maladies dégénératives. Il diminue en plus le risque de maladie cardiovasculaires et de cancer (essentiellement le cancer de la prostate). Il a également un effet stimulateur de l'immunité et renforce la santé de la peau et la protège contre les dangers des UV (Elvira et al. 2006). Les études sont en cours pour étudier d'autres effets potentiels du lycopène tel que son rôle dans la lutte contre le cancer du tube digestif, du sein et de la prostate (Elvira et al. 2006). 6.2. Les fibres de tomate Elles constituent la partie non digestible des aliments végétaux qui favorisent le transit digestif. Les fibres diététiques sont constituées par des polysaccharides autres que l'amidon et plusieurs autres composés de plantes tels que la cellulose, les dextrines, l'inuline, la lignine, les cires, la chitine, les pectines, les â-glucanes et les oligosaccharides. Leurs effets métaboliques sont : > Effet positif lors des mécanismes de mastications, > Réduire la contribution énergétique des aliments, le taux la glycémie et le taux de cholestérol, > Induire une sensation de satiété, > Piéger les substances toxiques, > Stimuler la digestion, > Augmenter la durée de transit intestinal. etc. The U.S. national academy of sciences, institut of medecine conseille une prise de 25-30g de fibres diététiques/jour. Une fraction de 75% des fibres diététique peut être extraite des résidus de transformation industrielle de tomate. (Elvira et al. 2006) Les polysaccharides naturels obtenus à partir des résidus de transformation industrielle de tomate à application industrielle ont une activité antigénique utilisée dans l'industrie pharmaceutique pour formuler les vaccins et d'autres produits utilisés comme additifs alimentaires grâce à leurs propriétés émulsifiantes, viscoélastiques, polyélectrolytiques, adhérentes, biocompatibilité, stabilisante, etc. (Tommonaro et al. 2008). 6.3. L'huile de graines de tomates La quantité d'huile contenue dans les résidus de tomate est en quasi-totalité concentré dans les graines (14.6 à 30.4% de la MS de graines ou environ 10.82% de la MS totale des résidus). Elle est caractérisée par un taux élevé en AGPI (68.6 à 75%) et par la présence d'antioxydant (lycopène). Cette huile a un effet protecteur du système vasculaire, adoucissant et calmant sur la peau (Elvira et al. 2006). 6.3.1. Mode d'obtention Elle est extraite par pression à chaud (Anonyme (f) 2009) et/ou par solvant. Les extractions assistées par ultrason (SAE ou UAE) ou par microondes (MAE) ou extraction par solvants accélérée (ASE) sont similaires à l'extraction conventionnelle. L'utilisation des microondes, des ultrasons ou l'augmentation de la température et de la pression augmentent le rendement et réduisent le volume de solvant utilisé et le temps d'extraction (Elvira et al. 2006). 6.3.1.1. Extraction par pression (pressage mécanique) Le pressage de la graine préparée se fait principalement de façon continue dans des presses à cages métalliques filtrantes constituées par des barreaux plus ou moins jointifs suivant la partie de la cage intéressée. La graine préparée (flocons cuits) y est introduite et comprimée par une combinaison de vis sans fin à pas dégressifs tournant à vitesse généralement lente. Un cône, dont on peut régler la position, délimite à l'extrémité de la cage un espace annulaire plus ou moins rétréci et par lequel sort le tourteau ou plus exactement les écailles de presse. Ce tourteau de pression reste plus ou moins chargé en matière grasse suivant la nature de la graine et les conditions de pression. Plus la pression est élevée du fait du choix des arrangements et plus le taux de déshuilage est important. Par contre, le débit est faible et l'usure plus importante, notamment au niveau des barreaux de presse. L'huilier est donc amené à adopter un compromis au niveau du taux de déshuilage visé en tenant compte de son outil industriel (Pages, 2008). Les triturateurs industriels disposant d'une unité
d'extraction au solvant permettant intérêt à procéder à un déshuilage trop poussé à ce niveau. Des taux de l'ordre de 20% de matière grasse résiduelle sont courants pour les tourteaux de pression de tournesol et le colza ; il ne s'agit donc à ce niveau que d'un déshuilage partiel par pré pression. Par contre, les artisans huiliers, ne disposant pas d'installation d'extraction, ont intérêt à déshuiler le plus possible, l'huile présentant la plus forte valeur ajoutée. Il faut noter que ce système mécanique d'extraction d'huile présente des limites. Les presses les plus modernes ne déshuilent pas, de façon industriellement acceptable, au-dessous de 5 à 6%. (Pages, 2008) 6.3.1.2. Extraction par solvant Elle repose sur le principe de mise en contact de la matière solide et le solvant liquide. Le choix du solvant est guidé par les propriétés chimiques et physiques de la substance cible ; en particulier sa stabilité thermique et son caractère polaire. Pour facilité le transfert de la substance à extraire au liquide, la matière première est normalement traité mécaniquement. Ce processus est utilisé pour extraire les huiles, mais il n'est pas approprié pour les substances thermolabiles. Certains solvants organiques qui peuvent être utilisés comme moyen d'extraction sont toxiques et peuvent laisser des traces dans le produit fini. L'éthanol peut être utilisé pour remplacer ces solvants toxiques ou dangereux. En plus toutes les extractions par solvant demandent une étape de purification après extraction, comme la filtration ou centrifugation. L'hexane est l'auxiliaire technologique utilisé actuellement pour l'exercice de l'activité classée en France sous la rubrique « extraction d'huiles végétales et de graisses animales » (Elvira et al. 2006). Le diagramme ci-dessous illustre ces différents modes d'extraction par solvant :
6.3.1.3. Extraction par Fluides supercritiques (SFE) - Extraction par CO2 supercritique (SC-CO2) L'état supercritique d'un fluide est atteint en apportant celui-ci à température et pression supérieures de celles de son point critique. Les fluides supercritiques présentent des caractéristiques à la fois des gaz et des liquides, propriétés qui les rendent spécialement favorables aux opérations d'extraction. Ils ont des coefficients de diffusion plus élevés et en même temps des viscosités et tensions superficielles plus basses que les solvants conventionnels. La capacité de dissolution des fluides supercritiques dépend de leur densité, ainsi la sélectivité de l'extraction peut être changé en ajustant la température et /ou la pression de l'extraction (Elvira et al. 2006). Après l'étape de l'extraction, la pression est réduite ou la température augmentée pour diminuer la solubilité de l'extrait, ce qui permet la séparation. Le solvant le plus utilisé est le CO2, moins cher, sans risques, non toxique et ses conditions supercritiques peuvent être assez facilement atteintes. Elle peut être utilisée pour extraire les polyphénols et autres antioxydants naturel à partir des des résidus de tomates (Elvira et al. 2006). Elle est convenable pour les substances thermolabiles et elle peut être utilisée aussi pour les substances polaires si certains modérateurs comme l'eau, l'éthanol, le méthanol et l'acétone lui sont ajoutés (Elvira et al. 2006). 6.3.2. Caractéristiques physico-chimiques de l'huile de graines de tomates Les caractéristiques physico-chimiques de l'huile de graines de tomate sont résumées dans le tableau 8. Tableau 8 : Caractéristiques physico-chimiques de l'huile de graines de tomates
(Source : Evangelos et al. 1998; Lois et al. 2004 ; Ayhan, 2009) 6.3.3. La partie insaponifiable de l'huile de graines de tomates La partie insaponifiable l'huile de graines de tomate est représentée par les tocophérols (a-tocophérol : 202 mg/Kg, ä-tocophérol : 1059mg/Kg) et par les stéroïdes (325 - 533 mg/100g). La composition de la fraction « stérol » de l'huile graines de tomate est donnée dans le tableau 9. Tableau 9 : Composition de la fraction « stérol » de l'huile de graines des tomates
> TRR : relative retention time : temps relatif de rétention par rapport à b-sitostérol (temps de retention = 20.7 min pris comme 1) > ND : Non Detecté > Trace : < 0.1% Source : Evangelos et al. 1998 6.3.4. Profil en acides gras La qualité de l'huile de graines de tomate est due à sa grande teneur en AGI (acide oléique : 23.8%, acide linoléique : 56.5%, acide linolénique : 1.8%), et à la présence des pigments antioxygènes (lycopène : 1.5 - 3.1ppm, il représente 90% des pigments ; b-carotène : 0.4 - 1ppm et la tomatine, glucoalcaloïde proche de la solanine). Le profil de l'huile de graines de tomate en acides gras est résumé dans le tableau 10. Tableau 10 : Profil en acides gras de l'huile de graines de tomates 28
PARTIE I : Etude bibliographique 4.1.1. Usage Dans la majorité des cas, l'huile de graines de tomate est intégrée dans les oléorésines de tomates vendues pour leur richesse en lycopène. En Asie (Chine, Iran), la production et la commercialisation de l'huile de graines de tomates est fréquente (Anonyme (d), 2009), alors qu'en Europe, l'huile de graines de tomates est nouvelle ; une compagnie italienne (biolyco), prévoyait de démarrer la production industrielle de l'huile de graines de tomate à bas prix à partir de résidus de tomate. La production était prévue pour fin 2008 ; le prix pour le consommateur se situant entre 6.80 et 27$ le Kg (Elvira et al, 2006). L'huile de graines de tomate peut être utilisée comme ingrédient alimentaire riche en AGPI, et également comme ingrédient cosmétique et pharmaceutique (Elvira et al. 2006). L'huile de graines de tomate comme la plupart des huiles végétales peut être utilisée après traitements appropriés pour la production de biocarburants (Lois, 2005) et aussi dans l'industrie de peinture, de vernis, etc. |
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