Memoire Online - Etude sur l'Industrie de l'amidon - KouamÃ© StÃ©phane Alexis Koffi

Pendant des siècles, les plantes amylacées tropicales - telles que manioc, taro, patates douces et ignames - ont été l'aliment de base des populations des régions chaudes et humides du monde entier. Adaptées naturellement aux conditions agro-climatiques tropicales, elles poussent en abondance sans apport d'intrants artificiels ou presque. En effet, ces plantes sont capables de fournir tant de calories essentielles qu'elles sont considérées comme la "culture de subsistance" par excellence.

Aujourd'hui l'amidon issu des productions agricoles occupe une place prépondérante dans la vie humaine tant dans l'alimentation que dans l'industrialisation non alimentaire.

Ainsi, les processus de transformation de l'amidon, aussi divers qu'ils sont se rencontrent dans les pratiques artisanales, surtout des populations des pays en voie de développement pour la variation de l'alimentation et l'accès facile à la consommation. Les techniques modernes employées ont conduit au développement de nouveaux produits qui ont rendu possible l'extension de l'utilisation de l'amidon en raison de ses qualités.

Notre travail consistera à montrer les différents produits obtenus à partir de l'amidon à travers les procédés artisanaux et industriels après avoir évoqué les sources de production et les propriétés de l'amidon.

I- SOURCES DE PRODUCTION DE L'AMIDON

1-1 La synthèse de l'amidon

Pour le végétal, l'amidon est une réserve d' énergie et de nutriment, nécessaire pour survivre à la mauvaise saison (sèche ou froide). Il permet de stocker des nutriments glucidiques dans les cellules, sans les dissoudre dans l'eau par le phénomène de la photosynthèse.

Dans la photosynthèse, l'énergie lumineuse est captée pour synthétiser des hydrates de carbones, tout particulièrement le glucose à partir de CO2 et de H2O. La photosynthèse produit de l'ATP qui fourni l'énergie nécessaire aux différentes réactions aboutissant à la synthèse du glucose.

- La phase lumineuse qui nécessite de la lumière qui va activer un électron de la chlorophylle qui peut alors se déplacer le long de la chaine d'oxydation dans la membrane du tyllachoïde. Ces transferts d'électron convertissent le NADP⁺ en NADPH.

- La phase obscure où l'ATP et le NADPH produits, servent respectivement de sources d'énergies et de pouvoir réducteurs pour favoriser la transformation de CO2 en glucide.

Les cellules, il se présente sous forme de grains visibles au microscope: les amyloplastes.

1-2 Source d'obtention de l'amidon

L'amidon se trouve dans les organes de réserve de nombreuses plantes telles que les féculents et les fruits. Dans les féculents nous englobons toutes les céréales (riz, blé, épeautre, orge, maïs etc.). Le pain, les pâtes, les semoules, les farines etc. fabriqués à partir de ces céréales font donc logiquement partie des féculents. Nous ajoutons également les pommes de terre, le manioc, la patate douce, l'igname et autres tubercules (ainsi que leurs dérivés). Les légumineuses (pois, haricots, etc.) sont aussi des féculents. Au niveau des fruits on rencontre l'amidon chez la banane à l'état non mûr qui sera hydrolysée en des molécules de glucose par des enzymes, ce qui donne son caractère mûr.

II PROPRIETES DE L'AMIDON

2-1 Propriétés physiques

Elles sont très diverses, mais celles qui portent le plus d'intérêt pour les industriels sont :

La température de fusion : température au cours de laquelle l'amidon se liquéfie

La température d'auto-inflammation (ou d'auto-ignition) : température à partir de laquelle un gaz ou une vapeur s'enflamme spontanément en l'absence de flamme pilote. On peut aussi dire (point d'allumage spontané).

D'autres caractéristiques physiques simples importantes relativement à la fonctionnalité sont la forme et la surface des grains d'amidon, facteurs critiques lorsque celui-ci sert à véhiculer colorants, saveurs et assaisonnements. Ces qualités sont des fonctions du ratio amylose/amylopectine de l'amidon. Les deux polymères ont des structures très différentes - l'amylose étant linéaire et l'amylopectine très ramifiée - et chacun joue un rôle déterminant dans la fonctionnalité finale de l'amidon naturel et de ses dérivés: viscosité, résistance au cisaillement, gélatinisation, texture, solubilité, pouvoir adhésif, stabilité du gel, gonflement au froid et rétrogradation, tout dépend du ratio amylose/amylopectine.

2-2 Propriétés chimiques

En suspension dans l'eau, on obtient du lait d'amidon, suspension instable mais qui, chauffée à 70 °C, devient visqueuse et translucide.

Au contact d'une solution iodo-iodurée, l'amidon prend une teinte violette (réaction entre l'amylose et l'iode).

L'amidon ne peut pas oxyder la liqueur de Fehling, car sa fonction alcool (-OH) réductrice est « perdue » dans la taille de la molécule.

La molécule seule d'amylose s'organise en une hélice droite à six glucoses par tour.

L'amidon est obtenu des produits agricoles par des processus divers. Les opérations de transformation des féculents pour la production d'amidon passe des voie sèche et voie humide (hydrolyse).

III-UTILISATION ARTISANALE DE L'AMIDON

3-1 Amidon obtenu par voie sèche

3-2 Obtention d'amidon par voie humide

Epluchage- Découpage (égrainage)- Trempage- Lavage- Broyage- (Essorage)- Tamisage-Séchage-

Les noms traditionnels donnés aux produits obtenus de l'amidon à partir de ces voies sont différents d'une culture à une autre. Cependant, ces procédés de transformation sont utilisés pour permettre une consommation facile de l'aliment.

La transformation des céréales en produit d'amidon passe généralement par la voie sèche qui va être hydrolysé à la préparation de l'aliment attendu. On a en Côte d'Ivoire le «BACA«. Il y a donc le baca de maïs, le baca de riz. Aussi le DEGUÊ issu des granules d'amidon de mil mélangé au lait de vache, le CABATAU de maïs

Au niveau des tubercules, la transformation utilise le processus par voie humide. On a entre autres pour l'amidon de manioc le PLACALI, L'ATTIEKE, L'ATOUKPOU, GARI, TAPIOCA, CONGODE de manioc.

IV-USAGE INDUSTRIEL DE L'AMIDON

Les débouchés industriels sont essentiellement l'agroalimentaire à travers l'industrie des boissons, confiseries, boulangeries, l'industrie chimique qui l'utilise dans les procédés de fermentation pour la production de bioéthanol, la formulation de colles, l'encapsulation de produits pharmaceutiques, les cosmétiques, la papeterie et les matières plastiques biodégradables, adhésifs pour timbres et contreplaqué, apprêt des textiles et même liant pour béton.


	Photo 2 : Des racines de manioc fraîchement cueillies sont disposées sur le convoyeur d'une usine de transformation au Brésil

4-1 Alimentaires

Les industries alimentaires utilisent l'amidon sous forme modifiée, non modifiée, de sirop de glucose et de dextrose (D-glucose). Il est utilisé comme épaississant (potages, sauces, ...) pour le coffrage et le capsulage, comme gélifiant et comme stabilisant (de par sa grande rétention d'eau).

4-1-1 Production de glucose

Le glucose est produit sous forme de poudre ou de sirop. Les propriétés physiques du sirop varient avec le « Dextrose Equivalent » (DE = équivalent glucose) et selon les méthodes de production.

Il existe deux méthodes d'obtention du sirop de glucose à partir de l'amidon :

ü Acidification : elle est réalisée par lot (en batch) ou en processus continu. L'empois d'amidon est mélangé à de l'acide (H₂SO₄ ou HCl) afin d'amener la valeur du pH aux environs de 1, 8 - 2,0 dans un convertisseur à vapeur chauffé aux environs de 160°C jusqu'au DE désiré. Le processus continu qui remplace le processus par lot implique l'introduction de l'amidon et de l'acide dans un échangeur thermique tubulaire ; le temps et la température sont ajustés pour obtenir le DE souhaité.

ü Neutralisation : La solution est neutralisée avec du carbonate de sodium ou de la chaux pour éliminer l'acide libre et amener la valeur du pH entre 5,0 - 7,0. Le chlorure de sodium formé dans le sirop, en petite quantité, reste dans la solution.

ü Raffinage : Des impuretés (protéines précipitées et graisse figée) peuvent être éliminées par centrifugation.

ü Filtration : La solution est filtrée sur filtre-presse ou sur filtres en céramique.

ü Décoloration : Le filtrat brun-clair obtenu est décoloré par passage sur du charbon actif ; celui-ci enlève la couleur et les autres impuretés par adsorption et ne provoque pas de modifications du glucose. Les résines échangeuses d'ions peuvent remplacer le charbon actif. Un procédé récent consiste à utiliser l'électrodialyse afin d'obtenir un sirop de glucose de qualité supérieure.

ü Concentration : Elle est réalisée sous vide dans des convertisseurs simples ou par échangeurs thermiques jusqu'à un extrait sec (EST) de 80 à 85 %.

ü Stockage et transport : Le sirop de glucose ne doit pas être stocké en grandes quantités pendant de longues périodes en raison d'une détérioration possible de sa couleur. Le transport est réalisé en fûts ou en citernes.

Pour la méthode enzymatique, l'amidon est acidifié, neutralisé et filtré comme précédemment, puis il est injecté dans un convertisseur où des amylases, isoamylases (ou pullulanases) et glucoamylases sont utilisées sous agitation lente. La température et le pH sont ajustés aux conditions optimales. Le temps de conversion dépend du DE initial (obtenu par hydrolyse acide), du type et de la force de l'enzyme, ainsi que du DE souhaité.

A la fin de l'opération, les enzymes sont inactivées par une augmentation de la température et par un ajustement du pH. Le sirop est ensuite traité de la même façon que précédemment.

4-1-2 Sirop de glucose à haute teneur en fructose

Le sirop de glucose est transformé partiellement en fructose par isomérisation enzymatique au moyen d'une glucose isomérase immobilisée. Le pouvoir sucrant de ces sirops est voisin de celui du sucre inverti.

Il est à noter que le sirop de glucose peut servir d'édulcorant dans certaines préparations industrielles alimentaires et pharmaceutiques.

Un édulcorant est un produit ou substance ayant un goût sucré. Le plus souvent, le terme édulcorant fait référence à des ingrédients destinés à améliorer le goût d'un aliment ou d'un médicament en lui conférant une saveur sucrée.

Le sirop d'orge malté ou de malt, est un concentré édulcorant produit à partir de grains d'orge germés.

Les grains d'orge sont germés, séchés, grillés puis moulus pour donner une farine principalement composé d'amidon (un polysaccharide. L'action d'enzymes comme l'amylase, dans un fermenteur, conduit à l'hydrolyse enzymatique de l'amidon en sucre simple (principalement du maltose). Le sirop de malt d'orge est une sorte de mélasse sucrée, destinée à édulcorer des préparations culinaires, à faire de la bière ou du whisky.

4-1-3 Boulangerie

L'ajout de dextrose dans le pain et dans d'autres produits de boulangerie permet une fermentation plus rapide et plus complète. Il donne aussi une croûte plus brune et brillante par les réactions de Maillard, ainsi qu'une meilleure conservation.

4-1-4 Confiserie

Le dextrose et le sirop de glucose sont utilisés. L'amidon et l'amidon modifié sont employés dans la fabrication de dragées, de caramels, de gommes dures et tendres, de fondants... L'amidon est utilisé dans la fabrication de moules, ainsi que pour l'enrobage des confiseries afin qu'elles ne collent pas entre elles. Le dextrose empêche la cristallisation et réduit l'hygroscopie du produit fini.

4-1-5.Fruits en conserves, confitures

Le saccharose est remplacé de plus en plus par du dextrose ou par du sirop de glucose, ce qui aide à maintenir le pourcentage désiré de produit solide sans donner un goût trop sucré (le pouvoir édulcorant étant seulement de 0,4 - 0,7), soulignant ainsi la saveur naturelle du fruit. La cristallisation est également diminuée.

4-1-6. Glutamate de sodium

Il est utilisé comme agent de sapidité (exhausteur de goût) dans les aliments tels que les viandes, les légumes, les sauces... L'amidon est hydrolysé en glucose dans une solution bouillante d'acide chlorhydrique (HCl) et d'acide sulfurique (H₂SO₄) dans des convertisseurs sous pression. Le glucose est filtré et converti en acide glutamique par fermentation bactérienne. L'acide glutamique formé est raffiné, filtré et traité par de la soude afin de produire le glutamate de sodium qui est ensuite centrifugé et séché dans des séchoirs rotatifs. Le produit fini est d'une pureté d'au moins 99 %.

4-1-7 Caramel

Le caramel est utilisé comme colorant dans les aliments, et en sucrerie... Le glucose est plus utilisé que le saccharose de par son coût moins élevé. Un chauffage uniforme et contrôlé est nécessaire afin de porter la caramélisation au point où tous les sucres sont dégradés sans libération de CO₂.

4-1-8. Levures séchées

L'amidon hydrolysé constitue un milieu nutritif à faible coût pour la croissance des levures. Celui-ci apporte des sucres simples (dextrose) ainsi que des matières minérales. Elles sont ensuite séchées sur séchoirs ou sur lit fluidisé et peuvent aussi être inactivées. Les levures inactivées sont utilisées dans l'alimentation diététique, l'alimentation animale et au cours de la panification ; le taux de protéines de ces levures est compris entre 40 et 50 %.

4-1-9. Alcools

La fermentation de pommes de terre et de l'amidon conduit à la formation d'éthanol par transformation du glucose en éthanol sous l'action de levures, l'alcool le plus connu issu de pommes de terre.

Cependant la fermentation peut aussi conduire à la formation d'alcool amylique (C₅H₁₁OH) très nocif. Il peut cependant servir à la production de médicaments (cf. Produits pharmaceutiques)

4-2. Non-Alimentaires

4-2.1. Colle

Les dextrines et leur qualité adhésive ont été découvertes accidentellement en 1821 pendant un feu à Dublin (Irlande) lorsqu'un employé dans une usine de textile remarqua qu'une partie de l'amidon était devenu brun par l'action de la chaleur et qu'il se dissolvait facilement dans l'eau pour former une pâte adhésive épaisse.

L'amidon est un adhésif naturel de bonne qualité. Il existe deux types de colles fabriquées à partir d'amidon modifié et de dextrines, la colle en poudre séchée sur séchoirs rotatifs et la colle liquide.

L'amidon est d'abord gélatinisé dans de l'eau chaude ou à l'aide de produits chimiques. Ensuite, la conversion en dextrines est réalisée par l'action simultanée ou séparée de produits chimiques, de la chaleur et des enzymes.

Un fabricant important de colle à papier peint à base d'amidon de pommes de terre est la société Quelyd (filiale du groupe ATO et du groupe Total-Fina-Elf)

4-2-2. Cartonnerie

L'amidon est utilisé pour la fabrication de carton ondulé. Les couches de carton sont collées ensemble avec une suspension d'amidon gélatinisé. Les plaques obtenues sont pressées entre deux rouleaux chauffés qui provoquent une gélatinisation de l'amidon.

4-2-3. Papier

Les amidons anioniques et cationiques sont très utilisés en papeterie. Ils se retrouvent à trois étapes de la fabrication :

À la fin du traitement à l'eau, lorsque la fibre de cellulose est écrasée afin d'augmenter la dureté du papier et lui conférer sa résistance aux pliages.

Dans la presse, lorsque la feuille de papier a été formée et partiellement séchée, l'amidon modifié est ajouté sur un ou sur les deux côtés de la feuille afin d'augmenter le fini et les propriétés d'impression du papier.

Lors du couchage du papier, lorsqu'une couche de pigment est exigée pour le papier. L'amidon intervient comme agent de couchage et également comme adhésif. Le couchage consiste à masquer les inégalités superficielles du papier en déposant sur une ou sur les deux faces du papier un mince enduit minéral (en général du kaolin et du carbonate de calcium), dont les minuscules particules (quelques micromètres) sont unies entre elles et au support par un adhésif (une colle synthétique associé à des substances comme l'amidon et la caséine). Il produit des surfaces particulièrement unies, dont les plus hauts reliefs n'excèdent pas quelques um. Le papier obtenu est d'une blancheur importante ; cependant, l'amidon ne doit pas contenir un taux trop grand d'impuretés.

4-2-4. L'industrie textile

Il forme une couche protectrice entourant les fils afin d'éviter leur désagrégation au cours du tissage.

Il est utilisé pour la finition des vêtements afin de les rendre plus fermes, plus rigides et plus lourds.

Il permet l'impression du tissu ou la création de certaines couleurs sur la surface du textile.

4-2-5. Forge

Une couche de sable rendue solide par ajout d'amidon recouvre les moules, permettant ainsi le moulage de pièces de métal.

4-2-6. Forage

De l'amidon est mêlé à de l'argile afin de donner une viscosité et une capacité de rétention requise lors de forages de puits pour la prospection de pétrole ou d'eau. L'amidon prégélatinisé est utilisé car il est soluble dans l'eau froide. La pâte peut donc être préparée à la concentration voulue directement sur le lieu de forage.

4-2-7 Produits pharmaceutiques

L'amidon peut servir d' excipient dans la composition d'un médicament de par son faible apport énergétique et de sa non toxicité. Il est également utilisé dans le capsulage des gélules et dans l'obtention de cachets.

Les cyclodextrines permettent d'augmenter la solubilité et l'absorption des médicaments. La quantité nécessaire de produit étant ainsi très réduite, elle entraîne une diminution des effets indésirables tels que les irritations d'estomac et des coûts financiers.

L'alcool amylique est utilisé dans la fabrication d'acide valérianique (ou acide phocénique, C₅H₁₀O₂), de beaucoup de valérianates, et d'alcaloïdes.

CONCLUSION

Au terme de notre travail, il importe de constater que l'utilisation de l'amidon aujourd'hui a une ampleur considérable du fait des nombreux produits qu'il peut présenter. Avec l'évolution de la recherche, l'amidon, outre sa vocation première qui n'est destiné qu'à l'alimentation, peut être employé à des fins non alimentaire dans différents domaines.

Cependant, les processus de sa transformation artisanale et industrielle passent par des voies sèche et humide.

Etude sur l'Industrie de l'amidon

SOMMAIRE

INTRODUCTION