evapeos : Pour un café soluble plus vert

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evapeos : Pour un café
soluble plus vert
Lucia Ianniciello – Ingénieur de Recherche Ι Mélanie Dubourg – Assistante Ventes & Marketing
Alizé Leblanc – Assistante Commerciale Ι Glenn Pickett – VP Ventes & Marketing
Dr. Fabrice Gascons Viladomat – Président
www.ederna.com
© 2014 ederna. V.1.0
Introduction
Le café peut se présenter sous différentes formes :
moulu, en dosette ou soluble. Cette étude se concentre
sur ce dernier, le café instantané.
Sartori Kato, inventeur du thé soluble, inventa aussi en
1899 le café soluble. C’est un produit de consommation
très pratique : il permet de gagner du temps et son mode
de préparation est très simple. Il existe deux méthodes
pour obtenir du café soluble : la plus ancienne est
l’atomisation, la deuxième, plus récente (1965) et plus
respectueuse du produit est la lyophilisation.
Le procédé de production du café instantané fait
intervenir une étape de concentration. Cette étape est
délicate car elle devrait être effectuée dans des
conditions opératoires douces pour ne pas altérer le
produit ni détruire ses saveurs et arômes. Cependant,
aujourd’hui cette étape est essentiellement effectuée par
évaporation à haute température.
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evapeos pourrait être la solution à ce problème. C’est
un procédé intégrant une technologie membranaire
permettant de concentrer des extraits végétaux et
biologiques, dans des conditions de température assez
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douces. evapeos permet ainsi de préserver les
arômes du café. De plus, sa basse consommation
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énergétique fait d’evapeos un procédé respectueux
de l’environnement.
L’entreprise : ederna
Ce procédé, breveté par ederna, peut, par exemple,
concentrer du café dilué à température ambiante et
pression atmosphérique, tout en garantissant la
préservation des qualités du produit et une faible
consommation énergétique.
L’objectif de ce document est de démontrer les
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avantages d’evapeos intégré au procédé de fabrication
du café instantané.
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ederna
ederna est une entreprise Toulousaine qui a développé son procédé breveté permettant de concentrer des extraits
végétaux et biologiques sous des conditions opératoires très douces.
Après plusieurs années consacrées à un intense travail de recherche et développement, l’entreprise propose
maintenant aux universités, aux instituts de recherche publics et privés, aux centres techniques et aux entreprises
industrielles du monde entier de tester son procédé.
Pour cela ederna propose la réalisation de tests dans son laboratoire, la location ou la vente d’unités de test et le
développement de procédés industriels avec son partenaire T.I.A. (pour plus d’informations : www.tia.fr).
1 evapeos® : Pour un café soluble plus vert
Une alternative douce à l’évaporation: evapeos®
Principe
Grâce au principe de concentration osmotique
cette opération est effectuée à température
ambiante et pression atmosphérique. De ce fait, le
produit est traité dans des conditions opératoires
douces et sans contact direct avec l’agent
osmotique.
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evapeos utilise le principe de la concentration
osmotique. De l’eau transfère, à travers la
membrane, du produit vers un liquide
d’extraction, l’agent osmotique. Ce transfert est
dû à une différence d’activité entre les deux
compartiments de part et d’autre de la membrane.
De plus, seule l’eau peut passer à travers la
membrane, les autres composants demeurent
dans le produit.
Opération
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La concentration avec le procédé evapeos peut
s’effectuer en mode batch ou semi-batch. Le
produit circule sur un côté de la membrane tandis
que l’agent osmotique circule de l’autre côté. Ainsi
le produit se concentre et l’agent osmotique se
dilue. Après avoir circuler dans le module l’agent
osmotique est régénéré en continu par
Compression Mécanique des Vapeurs (CMV)
comme on peut le voir sur la Figure 2. ederna
préconise l’utilisation d’un CMV pour réduire la
consommation énergétique de l’opération, mais
n’importe quel équipement d’évaporation peut être
utilisé.
Figure 1: Principe de la concentration osmotique
Figure 2: Description du procédé evapeos
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Le procédé de fabrication du café instantané
Avant d’obtenir du café soluble, le café passe par
diverses étapes. Tout d’abord les grains de café
doivent être torréfiés pour libérer tous les arômes,
ensuite le café est extrait avec de l’eau chaude. Le
café dilué obtenu doit alors être concentré. Il peut y
avoir une étape de pré-concentration par osmose
inverse et ensuite une étape de concentration par
évaporation. En général un évaporateur à film raclé
est utilisé pour cela. Pour finir, le café concentré
est atomisé ou lyophilisé.
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evapeos pourrait facilement être intégré au
procédé de fabrication du café instantané en
remplaçant l’évaporateur à film raclé. Cela
permettrait d’obtenir un produit de grande qualité
tout en consommant moins d’énergie.
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Figure 3: Intégration possible d’evapeos dans le procédé de fabrication du café instantané
2 evapeos® : Pour un café soluble plus vert
Essais expérimentaux
Les tests de concentration du café avec le procédé
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evapeos ont été effectués en laboratoire pour valider
la faisabilité technique de l’opération et recueillir des
données pour l’évaluation technico-économique. Une
concentration préalable par osmose inverse a été
effectuée.
Résultats
La concentration atteinte est de 50% TSS en
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opérant à 20°C en utilisant le procédé evapeos .
L’évolution du débit et de la concentration est
représentée dans le graphique ci-dessous :
Equipement
Pour effectuer ces essais
une unité de laboratoire,
ederna Lab Unit, a été
utilisée. C’est un dispositif de
laboratoire facile à utiliser,
conçu pour tester le procédé
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evapeos , comportant une
membrane d’une surface
2
spécifique de 0,5 m .
Le volume initial de la
solution de café à concentrer
est de 10L. Pour préparer la
solution des grains de café
ont été moulus. Ensuite le
café a été extrait en ajoutant
de l’eau chaude (1L pour
100g de café).
Figure 4: Photo de la
La solution obtenue a
Lab Unit d’ederna
ensuite
été
filtrée.
La
concentration initiale est de
5% TSS*. Après l’osmose inverse la concentration
atteinte est de 15% TSS.
*TSS = Total soluble solids
Figure 5: Evolution de la concentration et du débit
Une analyse sensorielle a permis de voir que la
plupart des arômes du café n’étaient pas affectés
par le procédé. Un produit d’une grande qualité
a ainsi été obtenu.
Les résultats expérimentaux sont détaillés dans
le tableau ci-dessous :
Table 1: Données expérimentales
Pression maximale
Température
Volume initial
Concentration initiale
Concentration finale
Durée de l’opération
2 bars
18 – 22°C
10 L
15 % TSS
50 % TSS
6,5 h
Optimisation du procédé de fabrication du café instantané
En se basant sur les résultats des tests de concentration
et sur des données économiques, une étude a été
menée dans le but de quantifier les avantages de
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l’intégration d’evapeos dans le procédé de fabrication
du café soluble.
Objectif de l’étude
Cette étude a été conduite pour comparer deux
procédés de production de café soluble : dans les deux
procédés le café est moulu puis extrait avec de l’eau
chaude avant d’être concentré et enfin atomisé ou
lyophilisé.
Deux procédés sont comparés:
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Unité 1 “sans evapeos ”: la solution est concentrée par
osmose inverse puis par un évaporateur à film raclé.
L’avantage de cette technologie est qu’elle permet un
temps de séjour très faible. De ce fait, le produit n’a pas
le temps d’être dégradé. Cependant cela nécessite
beaucoup d’énergie, son fonctionnement est donc cher.
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Unité 2 “avec evapeos ”: la solution diluée est
concentrée par osmose inverse jusqu’à 15%
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TSS puis par le procédé evapeos jusqu’à 50%
TSS.
Hypothèses
- Les deux unités sont équipées d’une unité
d’osmose inverse permettant de pré-concentrer
le café.
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- l’unité evapeos est équipée d’une surface
2
de membrane de 550 m .
Méthode
1. Détermination des quantités à traiter à
chaque étape selon la production annuelle.
2.
Estimation
des
coûts
annuels
(l’investissement,
les
consommables,
la
maintenance et la consommation énergétique).
pour les deux procédés.
3 Données énergétiques
La consommation énergétique d’un évaporateur à film
raclé, estimée à partir de données trouvées dans la
littérature, est de 16 400 000 kWh/an, alors que la
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consommation énergétique du procédé evapeos est
estimée à 315 000 kWh/an.
Basé sur la littérature ci-dessous:
https://repository.tamu.edu/bitstream/handle/1969.1/94591/ESLIE-83-04-06.pdf?sequence=1
http://www.spx.com/en/assets/pdf/Evaporator_Handbook_10003
_01_08_2008_US.pdf
Figure 7: Coût détaillés d’evapeos
Résultats
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Bien que le procédé evapeos
nécessite un
investissement plus important et l’utilisation de
consommables (agent osmotique et membranes), il
consomme beaucoup moins d’énergie que le procédé
standard. Ce point essentiel explique pourquoi les coûts
seraient considérablement réduits. L’estimation de la
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répartition des coûts du procédé evapeos est détaillée
dans le diagramme ci-dessus. Dans le graphique cidessous se trouve l’éventuelle évolution des coûts
cumulés des deux procédés. Après 5 ans le procédé
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evapeos serait 30% moins cher que l’évaporateur à
simple effet. ®
L’unité 2, reposant sur le procédé evapeos ,
consommerait 98% d’énergie en moins que l’unité 1
chaque année. De plus, le coût pour produire une tonne
de produit serait 30% plus faible.
NB: Les étapes menant à une solution dilué à 15% TSS ne sont
pas prises en compte dans ces estimations.
-98%
-30%
Figure 8: Evolution du coût des procédés sur 5 ans
Figure 6: Comparatif des procédés
Conclusion
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Le procédé evapeos pourrait être facilement intégré au
procédé de fabrication du café instantané. Ses
performances techniques et sa faible consommation
énergétique pourrait rendre cela réalisable.
De plus ce procédé peut se dérouler sous des conditions
opératoires douces, permettant de préserver les arômes
et les saveurs du café ainsi que de respecter
l’environnement.
Son faible coût de fonctionnement et ses conditions
Pour plus d’informations:
ederna
1, Place Pierre Potier
F-31106 Toulouse Cedex 1
[email protected]
Téléphone : +33(0)9 800 844 20
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opératoires douces pourraient faire d’evapeos le
procédé idéal pour concentrer du café dilué pour la
fabrication de café instantané.
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evapeos peut aussi être utilisé pour de nombreuses
autres applications : la concentration de jus de fruit ou de
légumes ou des produits laitiers dans le but de
développer de nouveaux ingrédients pour les aliments et
boissons ainsi que des ingrédients fonctionnels pour le
marché de la nutrition, de la santé et des cosmétiques.
ederna
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