Comment valoriser dans l`alimentation animale, les graines de soja
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Comment valoriser dans l`alimentation animale, les graines de soja
DOSSIER : PROCESS ET QUALIT E Comment valoriser dans l’alimentation animale, les graines de soja produites en France ? Comparaison de s de transformation : de deux proce l’aplatissage-cuisson-pression et l’extrusion-pression Alain QUINSAC1 Françoise LABALETTE2 Patrick CARR E3 Mathieu JANOWSKI4 de ric FINE1 Fre 1 CETIOM, 11 rue Monge, Parc Industriel, 33650 Pessac <[email protected]> 2 ONIDOL, 11 rue de Monceau, 75 008 Paris 3 CREOL, 11 rue Monge, Parc Industriel, 33650 Pessac 4 La Mecanique Moderne, ZAC Artoipole, 62060 Arras Cedex 9 Article reçu le 24 septembre 2012 Accepte le 2 octobre 2012 Abstract: How to develop the use for animal feeding, of soybean produced in France? Comparison of two processes: flaking-cooking-pressing and extrusionpressing Cooking-pressing or extrusion-pressing processes applied to soybeans produce partially deoiled cake used for animal feeding. These two processes were studied and compared with a view to implementation in an industrial unit. The various factors of hydrothermal treatment for conditioning the beans were studied at different scales (batch from 2 kg to 100 kg, and continuous flow at 100 kg/h) and the results showed the need for moist cooking to effectively deactivate the antitrypsin factors (FAT) while maintaining protein solubility. The extrusion-pressing was more effective for deoiling cakes than cookingpressing (5.4 vs. 6.7 %) but less robust for deactivation of FAT (6.5 vs. 3.8 TIU/mg). The techno-economical study was carried out to simulate the crushing costs and net margins of both processes in a plant capacity of 20 000 t / year. It showed that the costs of both methods were similar (about 33 s/t). Gross margins were evaluated between 18 and 84 s / t in three valuation assumptions based on market price of oil, the mode value of the meal and the residual oil, the level of premiums GMO traceability and transport. The cooking-pressing process can also be applied to sunflower and rapeseed and versatility is an advantage to ensure continuous operation of the crushing unit in case of supply difficulties in soybean. Key words: soybean, extrusion, pressing, cooking, valorization, soymeal doi: 10.1684/ocl.2012.0484 s Opportunite et contraintes re de de la filie production de soja en France pendance en prote ines de la La de duite ces dernie res France a ete re de annees par la mise sur le marche s importantes de coproduits de quantite la fabrication des biocarburants (drêches et tourteaux) et se situe nettement enne en dessous de la moyenne europe (39 % vs. 67 %) (Unip, 2012). Malgre s, pre s de quatre millions de ce progre tonnes de tourteau de soja sont encore es chaque anne e. L’efficience importe re premie re nutritionnelle de cette matie la positionne avantageusement dans la formulation d’aliments pour tout type d’animaux et la rend difficilement substituable dans les aliments pour les volailles, en raison de sa forte densite ique et e nerge tique. prote s Cependant, ces tourteaux issus tre majoritairement de graines de soja ne tiquement modifie es (GM), ne ge pondent pas volution de certains re a l’e cahiers des charges des productions qui exigent des animales de qualite res premi iques ve ge tales matie eres prote res d’approvisionnenon GM. Des filie ment a l’import de soja non GM se sont e es, mais ne donnent pas toujours cre satisfaction a cause des fluctuations des . De cours et des garanties de qualite tablissent pas de lien au plus, elles n’e re de plus en plus pris en territoire, crite compte. Une alternative est l’utilisation du soja produit en France, dont les 100 000 toncolte s actuellement par an sont nes re es entre l’alimentation humaine partage et animale. L’alimentation humaine est la un secteur en pleine croissance ou valorisation de la graine est importante et mune ration supe rieure conduit a une re du producteur et du collecteur par le cifiques. Les volumes jeu de contrats spe s vers l’alimentation de graines dirige P, Janowski M, Fine F. Comment valoriser dans l’alimentation animale, les graines de soja Pour citer cet article : Quinsac A, Labalette F, Carre s de transformation : l’aplatissage-cuisson-pression et l’extrusion-pression. OCL 2012 ; 19 produites en France ?Comparaison de deux procede (6) : 347-357. doi : 10.1684/ocl.2012.0484 OCL VOL. 19 N8 6 novembre-décembre 2012 Article disponible sur le site http://www.ocl-journal.org ou http://dx.doi.org/10.1051/ocl.2012.0484 347 ficient pas, avec les animale ne bene s (extrumodes de transformation utilise sion, toastage), d’une valorisation s optimale et les produits transforme s a l’alimentation animale sont destine s par le tourtres fortement concurrence teau de soja importe. Du fait de ce bouche insuffisamment re munede titivite du soja par rateur, la compe rapport aux autres cultures (maı̈s et ble e re duite dur en particulier) s’est trouve aux yeux des producteurs et des structu des avantages res de collecte, malgre agronomiques et environnementaux certains. Cette situation a contribue tourner les surfaces de fortement a de soja (actuellement environ 50 000 ha bouche s en alimentaen France) des de tion animale alors que ceux-ci sont rables. Un retournement de conside tendance ne peut passer que par la transformation de la graine en produits titifs, par des prodavantage compe s adapte s au contexte de la procede duction en France et aux besoins des utilisateurs. Nous nous proposons de passer en revue les modes actuels de transformacrire la tion du soja en France puis de de cuisson-pression et l’extrusion-pression, de s technologiques que deux proce tudie s en raison de leur nous avons e adaptation a la taille des bassins de production du soja en France et d’une meilleure valorisation attendue de la graine. La transformation des graines de soja en France re premie re Les graines de soja, matie ines (environ 34 % sur la riche en prote re brute MB) et en huile (18-22 % matie MB), ne peuvent être utilisees crues pour l’alimentation des monogastriques et des jeunes ruminants car elles renferment des facteurs antinutritionnels (principalement des facteurs anti-trypsiduisent fortement ques, FAT) qui re leur valeur nutritionnelle. Les FAT sont truits efficacement par des traitede ments thermiques pendant la transformation de la graine : soit par les s d’extrusion ou de toastage procede s a la graine entie re sans applique shuilage, soit par l’e tape de de solvantation-toastage dans le prode de de trituration classique a la suite ce de l’extraction de l’huile a l’hexane. Ce de a e te applique sur la dernier proce 348 OCL VOL. 19 N8 6 novembre-décembre 2012 plus grande partie du soja produit en France jusqu’en 2003 par l’usine SAIPOL partir de 2003, le d de S ete. A eclin de la cutive culture de soja en France conse a la baisse des aides et a un contexte des favorable prix agricoles de a cette culture ^ t entraı̂n orientation de a aussito e la re de trituration de cette usine. En l’activite effet, la trituration classique avec extraction a l’hexane n’est rentable que pour bits importants (environ 400 t/ des de colte de soja e en jour) et la re etait passe dessous du seuil critique. Depuis, les modes de transformation de la graine de soja en France en vue d’une utilisation en alimentation animale sont presque exclusivement l’extrusion, le toastage de s qui et l’expansion-toastage, proce ne modifient pas la composition de la ines. graine en huile et prote s de transformation de la Les capacite graine de soja en France sont d’environ 20 000 t/an pour l’extrusion, 50 000 t/an pour l’expansion-toastage et 50 000 t/an alise e en pour le toastage. L’enquête re tude ONIDOL2008 dans le cadre de l’e CETIOM (Labalette et al., 2010) a montre s e prouve es par les transles difficulte formateurs pour utiliser leur outil a plein, tat et produire le maintenir en bon e res premie res concurrentielles des matie du tourteau de soja import e, si bien que ces outils sont devenus parfois s et vieillissants. Certaisurdimensionne s importantes d’extrusion de nes unite leur activite soja ont d’ailleurs cesse cemment. re L’extrusion ou le toastage ont pour duire l’activite fonction principale de re des FAT par effet thermique. L’extrusion ou l’expansion permettent en outre liorer la disponibilit d’ame e des nutriments et donnent a la graine une valeur nerge tique supe rieure. Ainsi, les graie es sont particulie rement nes extrude es pour l’alimentation de jeunes indique animaux. Ces modes de transformanient de tion ont cependant l’inconve de la conserver dans la graine la totalite re grasse qui sera valorise e dans la matie formule de l’aliment au même niveau nergie substituable qu’une source d’e reuse, comme l’amidon. La moins one sence d’un contenu e leve en huile pre ines se re ve le en effet, être et prote un handicap pour la graine de soja e ou toaste e, pour entrer dans extrude ^ t. des formules d’aliment a moindre cou L’avantage nutritionnel de la graine e est d’ailleurs relativise par extrude s certains fabricants d’aliments compose rent plus comme une qui ne la conside re premie re irremplaçable pour les matie ^ t comme un jeunes animaux mais pluto ne ficiant d’une image favoproduit be rable qu’il faut maintenir dans certains sulte que dans la d’aliments. Il en re plupart des formules, la graine de soja e ou toaste e est fortement extrude e par l’association moins concurrence ^ teuse, du tourteau de soja importe cou re premie re riche en et d’une matie nergie moins cou ^ teuse. e Comment valoriser davantage la graine de soja ? conomique de l’huile e tant La valeur e rieure nettement supe a celle du tourteau (1 300 $/t vs. 668 $/t, Rotterdam, Oilword, 2012), il est avantageux de l’extraire le plus possible du tourteau pour la valoriser s epar ement. Cette te adopte e par le approche avait e CETIOM en 2005 pour un projet de valorisation du « Soja de Pays » dans le sud-ouest de la France sur la base des riences mises au point aux expe EtatsUnis dans les ann ees 1980 pour les es « identity preservation ». fili eres trace tude technico-e conomique compreL’e nait la mise au point des conditions optimales d’extrusion et de pressage et valuation de la marge nette. L’huile l’e tait valorise e sur le marche des matie res e res, les tourteaux dans l’e levage premie ^ ts de de poulets Label Rouge et les cou taient calcul fonctionnement e es sur la base d’une unit e de trituration de 20 000 t/an (Quinsac et al., 2005). Les sultats re etaient globalement positifs extrusion-pression, mais le proc ede handicap e par son absence de polyva finalement un frein lence, avait constitue veloppement du projet. Dans un au de contexte de surfaces de soja d eclinantes, le risque etait trop grand, pour cette de capacit unite e relativement importante, de manquer de graines produites localement et de devoir int egrer des leve s. ^ ts d’approche e cou L’avantage d’une installation de trituration polyvalente est de pouvoir foncre plus re gulie re, sur tionner de manie e, et une plus longue p eriode de l’anne ^ t de trituration ainsi de r eduire le cou a la s industrielles de tonne. Dans des unite , plusieurs proce de s moyenne capacite (pression a froid, double pression avec e, aplatissage – cuisson cuisson intercale j s pour triturer – pression) sont de a utilise remment colza et tournesol. De indiffe s, seul l’Aplatissage-Cuissonces procede Pression (ACP) convient au soja car il comprend, d’une part, le traitement cessaire a la de sactivation thermique ne des FAT et, d’autre part, une seule phase ^ teuse et suffisante de pressage, peu cou compte tenu de la plus faible teneur en huile des graines de soja. Son adaptation e avec pre caudoit cependant être teste tion pour verifier que dans les conditions d’une production industrielle, les performances seront suffisantes en termes et de rendement, pour un cou ^t de qualite de fonctionnement acceptable. conomiques Sous l’impulsion d’acteurs e de la zone Centre-Est de la France resse s par l’adoption de ce proce de inte pour une unite de trituration de capacite e a un approvisionnement et a un adapte bouche re gional, le CETIOM et l’ONIde en 2010 et 2011, une DOL ont engage tude de taille e des conditions optimales e de ae te de sa mise en oeuvre. Le proce a l’extrusion-pression dans ce compare même contexte, pour donner aux invesle ments techniques et tisseurs tous les e conomiques ne cessaires a un choix e . raisonne tude Les objectifs de l’e la diffe rence du colza et du tournesol, la A trituration du soja exige un traitement pour de sactiver les thermique adapte grader la digestibilite des FAT sans de s. Ce traitement est le point acides amine critique du process car il conditionne nutritionnelle des fortement la qualite tourteaux produits et leur valorisation. tape D’autre part, les performances de l’e shuilage sont primordiales pour le de de bilan massique de la trituration et la e conomique de l’ope ration. rentabilite res d’evaluation En consequence, les crite de suivants ont e te retenus du proce tude : la de sactivation des FAT, pour l’e des la conservation de la solubilite ines et de leur digestibilite , le prote rendement d’extraction de l’huile, la de l’huile et enfin, la performance qualite conomique de l’unite de transformation e e. envisage te s des FAT Les proprie s prote iques Les FAT sont des compose sents dans les graines de le guminepre ases uses qui se fixent sur les prote . Deux digestives et inhibent leur activite types sont presents dans la graine de € nitz, majoritaire, soja : le facteur de Ku qui inhibe principalement la trypsine (1,4 mol/mol) et peu la chymotrypsine (0,1 mol/mol) et le facteur de Bowman Birk qui agit autant avec la trypsine que la chymotrypsine (2 mol/mol) (Weder et King, 1998). Ces deux inhibiteurs sont thermolabiles et selon les auteurs, s l’activit e antitrypsique r esiduelle apre e au un traitement thermique est attribue facteur de Bowman Birk (Melcion et Van € nitz (Keshun, der Poel, 1993) ou de Ku 1997). Un effet secondaire de l’action des FAT qui contribue a augmenter leurs propri et es antinutritionnelles, est as de la synth ese accrue par le pancre trypsine entraı̂nant une forte consoms soufre s qui mation d’acides amine deviennent alors insuffisants pour les autres besoins de l’organisme. duction des FAT : La re che ou extrusion se humide, cuisson, la vapeur, traitements a toastage ? thodes de traitement publie es Les me duction des FAT sont assez pour la re nombreuses et empruntent la plupart des techniques connues de chauffage (autoclave, conduction, trempage et bullition, micro-ondes, extrusion s e eche tude du ou humide, infrarouge, etc.). L’e extrusion-pression (Quinsac proc ede et al., 2005) a montr e qu’il est possible che de re duire les FAT par l’extrusion se d’un soja initialement a 40-45 UTI/mg de graines jusqu’ a une valeur proche de 5 UTI/mg de tourteau gras a condition rature dans le fourreau de que la tempe l’extrudeur soit de 150 8C. Les tourteaux avaient par ailleurs une teneur en siduelle infe rieure huile re a 5 % et une valeur de solubilit e des prot eines de 70 % dans la soude. En extrusion humide et en raison de l’effet de la vapeur, la rature ne cessaire peut être sensitempe duite. L’inconv blement re enient majeur ma de cette technique dans un sche extrusion-pression est l’humidification favorable importante de l’extrudat de a du de shuilage des graines par l’efficacite nalise le pressage. L’extrusion humide pe nerge tique du process donc soit le bilan e de chage, soit le bilan si on proce a un se re avec moins d’huile extraite si matie est conserve e. l’humidite Les traitements de cuisson pour être efficaces doivent faire appel a certains rature et d’injection niveaux de tempe es de traitement de vapeur mais les dure leve es que dans un nettement plus e extrudeur, font que ces niveaux restent ratures raisonnables. Ainsi les tempe varient entre 95 et 105 8C, et la dur ee de traitement entre 40 et 60 min selon Rackis et al. (1974) et Hekelman et al. (1992). Le toastage a des temp eleve es (120 8C ou 135 8C) ratures plus e duit fortement le temps d’exposire cessaire (respectivement 7,0 ou tion ne 4,5 min) et augmente le risque d’une sur-cuisson. En conclusion, les traitements par extrusion et cuisson pour r eduire les FAT sont possibles et d’autant plus efficaces du milieu est e leve e. Les que l’humidite temp eratures de traitement peuvent es (vers 120 8C avec ainsi être abaisse l’extrusion et 100 8C avec la cuisson). Cet effet devra cependant être limite car l’humidit e est pr ejudiciable a la performance du pressage cons ecutif a tape et pe nalise le bilan massique cette e duisant la part de la transformation en re sactivation des d’huile extraite. La de FAT par traitement thermique a une des incidence directe sur la qualite ines et il est n ^ ler prote ecessaire de contro de cuisson pour sauvegarder le degre . Plusieurs tests directs leur digestibilite valuer ou indirects permettent d’e du traitement applique et l’intensite quation au but recherche son ade (tableau 1). des FAT est de termine e par la L’activite die e (AOCS-Ba 12-75), mais m ethode de ^ les souvent dans les usines, des contro s par des plus rapides sont r ealise thodes indirectes qui mesurent la me sol), sur-cuisson (test au rouge de cre ase) ou la la sous-cuisson (test de l’ure des promodification de la solubilite ines (solubilite dans KOH ou indice te PDI). rimentaux Les essais expe tude du proce d Les essais pour l’e e base te re alise s sur la cuisson-pression ont e en trois etapes : 1) Atelier CREOL (Pessac) : tests de cuisson a l’ echelle du kg pour mod eliser l’effet des traitements hydrothermiques a l’aide d’un mini-cuiseur instrumente ^ ler (figure 1) permettant de contro cis rature, l’injection pre ement la tempe e du traitement, de vapeur et la dure riences ; selon un plan d’expe OCL VOL. 19 N8 6 novembre-décembre 2012 349 Tableau 1. Comparaison des differents tests et valeurs attendues selon le traitement thermique (selon Lareal, 2009) Traitement sur soja KOH Solubilite (%) ase Ure (DpH) sol Rouge de Cre (mg/g) Aucun FAT (UTI/mg) 25 a 60 > 90 2 - 85 Sous cuisson 7 a 15 > 85 0,1 a 0,5 <5 30 a 70 Cuisson correcte 2 a 7 75 a 85 < 0,1 5,0 a 6,5 15 a 30 Cuisson excessive <2 < 70 0 > 6,5 < 15 canique Moderne 2) Atelier La Me chelle pilote (Arras) : cuisson a l’e (100 kg) en mode « batch » dans un cuiseur de dimensions 80 150 cm avec systeme de brassage. Pressage par canique Moderne, presse a vis La Me MBU 20 de capacite 100 kg/h ; 3) Atelier CREOL (Pessac) : cuissonchelle pilote (100 kg/h) pression a l’e en continu pour valider les conditions tablies en « batch » et e valuer les e shuilage. Les essais performances de de te re alises a d’extrusion-pression ont e chelle pilote sur les mêmes lots de l’e valuer les differences graines pour bien e de performances entre les deux prode s. Les e quipements utilise s au pilote ce tage (La sont un cuiseur horizontal bie Mecanique Moderne) 900 mm de tre, 2 500 mm de longueur avec diame injection de vapeur, un extrudeur (France extrusion FEX1) de capacite vis (La 50-300 kg/h, une presse a Mecanique Moderne, MBU 75) de 50-500 kg/h (150 mm de capacite tre, arbre de 1 800 mm de londiame gueur). sactivation des FAT a e te mesur La de ee thode directe (AOCS-Ba 12par la me 75), la qualit e des prot eines par la dans la potasse, mesure de la solubilite shuilage, par la et le rendement de de mesure de l’huile r esiduelle (ISO 734-2) dans les tourteaux. Les essais exp erimentaux dans ces trois tapes ont e te re alise s avec des lots de e rencie s par la teneur en FAT, graines diffe colte le lieu de production, la date de re te . Ont e t et si possible, la varie e test es : te Isidor re colte en un lot de la varie France en 2009 avec une teneur en FAT forte (environ 50 UTI/mg), deux lots des te s Hilario et Aires re colt varie es en Italie Sondes de température Condenseur 220 mm Mélangeur Injection de vapeur 220 mm Figure 1. Repre sentation sche matique du mini-cuiseur (capacite 2 kg) (l’injection de vapeur est la base du mini-cuiseur). realisee par des orifices situe s a 350 OCL VOL. 19 N8 6 novembre-décembre 2012 PDI (%) en 2009 avec des teneurs faibles en FAT te (< 25 UTI/mg), un lot de la varie colt Ascasubi re e en France en 2010 (lot Z) avec une teneur faible en FAT (< 20 UTI mg), deux lots de graines banalis ees s en 2009 et 2010 par (lots A et B) r ecolte ratives du Centre-Est de la des coope gion Rho ^ ne-Alpes) et de France (re teneurs en FAT voisines de 35 UTI/mg. Dans l’ etude, les lots de graines de rieure teneur initiale inf erieure ou supe a t nomme s respec30 UTI/mg ont e e de tivement FAT (–) ou FAT (+). sultats Re Essais sur mini-cuiseur liminaires re alis Des tests pre es a l’aide du que la chaleur mini-cuiseur ayant montre che tait insuffisante pour se a 100 8C e duire les FAT re a un niveau suffisamment e du traitement bas même avec une dure de 80 min, des essais d’injection de te inte gre s au plan d’exp vapeur ont e eriences. Ces essais ont donn e des sultats satisfaisants avec des niveaux re siduels en FAT inf re erieurs a 10 UTI/mg les effets principaux des et ont montre tudie s (tableau 2). facteurs e quenLes effets qui ont le plus de conse siduel de FAT, sont ces sur le niveau re croissant : l’effet varie te , dans l’ordre de e de l’injection de vapeur (DIV), la dure paration me canique (PM), et la la pre e de se chage (DS). Les facteurs dure chage (TS) et de bit de temp erature de se re s vapeur (dV) peuvent être conside comme peu significatifs. Concernant siduel de la les effets sur le niveau re des prote ines (SolP), l’ordre solubilite croissant est le suivant : dure e de de e de se chage, l’injection de vapeur, dure paration niveau en FAT initial. La pre bit de vapeur ont m ecanique et le de galement des effets significatifs quoique e moindres. te re alise e en L’analyse de variance a e es nume riques introduisant les donne l’aide du mini-cuiseur). Tableau 2. Calcul des contrastes (differences entre moyennes des effets des modalite s (+) et (-) du plan d’expe riences realisees a Facteur Valeur (–) Valeur (+) siduel Niveau re FAT (UTI/mg) Solubilite ines (SolP) des prote (%) Nombre d’essais (1) Niveau initial en FAT (UTI/mg) 21 47 2,58 – 3,50 8 paration mecanique (PM) Pre Flocons Broye – 0,50 – 2,50 8 e injection de vapeur (DIV) Dure 15 min 30 min – 1,58 – 4,88 8 bit de vapeur (dV) De 200 g/h 400 g/h – 0,23 – 2,63 8 rature de se chage (TS) Tempe 105 8C 115 8C – 0,26 – 3,75 8 e de se chage (DS) (2) Dure ! 6 % d’eau ! 4 % d’eau – 0,46 – 4,00 12 fe re aux situations comparables disponibles. (1) Le nombre d’essais se re es de se chage correspondent aux temps de termine s par l’atteinte de la teneur en eau cible. (2) Les dure tres et en limitant le nombre des parame duire le risque de biais, de classes pour re re dese quilibre possible par le caracte du dispositif. Pour la construction des les, seules les donnees issues du lot mode te prises en de graines FAT(+) ont e compte car avec le lot FAT(–) le domaine ratoires explore etait des conditions ope trop restreint pour mettre en evidence s re duire le les effets des facteurs cense des niveau des FAT et la solubilite ines. prote Activite antitrypsique teneur en FAT est obtenue principalee d’injection ment avec le facteur « dure duction de vapeur » alors que pour la re des prot de la solubilite eines, les facteurs e de se chage » et «tempe rature « dure chage » ont aussi des effets imporde se tants. Les FAT sont plus sensibles a la chaleur humide qu’ a la cuisson s eche des prot tandis que la solubilite eines e par les n’est pas sensiblement impacte . Donc, pour conditions d’humidite inactiver les FAT sans perdre beaucoup tape de cuisson de solubilit e, une e gie e. humide doit être privile le ci-dessous, la dure e Dans le mode rad’injection de vapeur (DIV), la tempe chage (TS) et la dure e du ture de se chage (DS) expliquent 84 % de la se bit d’injecvariance. Ajouter le facteur de tion de vapeur n’apporte pas un gain significatif. es expe rimentales Bien que les donne obtenues avec les lots de graines FAT (–) n’aient pas permis de construire un le pre cis (R = 0,51), l’effet du mode facteur « teneur initiale en FAT » sur la siduelle en FAT et sur la teneur re des prote ines a e te observe . solubilite Graines FAT (+) FAT = 16,2 – 0,065 DIV – 0,075 TS – 0,045 DS (R2 = 0,84) On remarque l’importance du facteur e d’injection de vapeur » (DIV) « dure e du se chage (DS), par rapport a la dure indiquant que la desactivation des FAT e par une chaleur humide. est favorise Solubilite des prote ines le ci-dessous, la duree Dans le mode rad’injection de vapeur (DIV), la tempe chage (TS) et la dure e du ture de se chage (DS) expliquent 90 % de la se variance. Le poids du facteur DIV est le moins important que pour le mode cedent. Les facteurs tempe rature et pre chage (TS et DS) ont durees de se leurs effets. renforce Graines FAT (+) SolP = 147,6 – 0,196 DIV – 0,477 TS – 0,182 DS (R2 = 0,90) En conclusion de ces essais sur miniduction de la cuiseur, il apparaı̂t que la re Essais de cuisson en batch (pilote de La Me canique Moderne, Arras) te effectue s sur les lots Cinq essais ont e de graines « Isidor » en faisant varier la temp erature de cuisson et la quantite d’eau ajout ee, pour evaluer l’effet de ces tique de re duction facteurs sur la cine des FAT (figure 2). te re alise es dans Les essais 1 et 2 ont e des conditions qui n’ont pas permis rature d’atteindre les objectifs de tempe dans le cuiseur. Seuls les et humidite sultats de l’essai 1 sont reporte s et re te montrent qu’une cuisson de 2 h a e cessaire pour atteindre un niveau de ne re FAT voisin de 10 UTI/mg de matie che de lipide e (MSD). Les essais 3 se a 5 au cours desquels un ajout d’eau a te effectue en d e ebut de cuisson, ont rature et conduit a des niveaux de tempe favorables duction des d’humidite a la re alise en conditions FAT. L’essai 4 re ches s’est ave re peu performant. Dans se tous les essais, le niveau r esiduel de des prote ines est reste solubilite rieur supe a 80 % quelles que soient les conditions (figure 3). Ces essais de cuisson en batch ont la possibilite de re duire le niveau montre des FAT dans un cuiseur standard sans injection de vapeur a condition de ne rer des conditions de pouvoir ge cuisson humide par ajout d’eau sur des graines chaudes. Cette cuisson duction humide est indispensable a la re du niveau de FAT a moins de 10 UTI/mg e n MSD. La dure ecessaire de traitement est d’environ 45-60 min (essai 3). Essais de cuisson – pression en continu au pilote CREOL te re alise s sur deux lots (A Les essais ont e et B) de graines a forte teneur en FAT colt gion Rho ^ ne-Alpes respecre ees en re te tivement en 2009 et 2010, de varie e, et sur un lot (Z) courante non identifie colt a faible teneur en FAT re ees en 2010 te Ascasubi). Chaque lot a fait (varie l’objet de deux essais de traitement de cuisson et pression en mode continu au pilote CREOL (tableau 3). Le cuiseur tait utilise en mode horizontal bi- etag ee tage cuisson humide dans le premier e chage dans le second. et en mode se Cet appareil muni d’un dispositif lange ge ne rant une dispersion de me jour (avec importante des temps de se bit de un stock de 200 kg pour un de re sort entre 200 kg/h, 66 % de la matie es de traite30 et 137 min), les dure es dans les essais en mode ments teste t es et fixe es batch ont e e allonge a environ 80-90 min. Les produits en s sortie cuiseur et presse sont appele OCL VOL. 19 N8 6 novembre-décembre 2012 351 60 Teneur en FAT (UTI/mg MSD) Essai 1 50 40 Essai 3 30 Essai 4 20 10 Essai 5 0 0 20 40 60 80 100 120 140 Temps (min) Figure 2. Cin e tiques de re duction des teneurs en FAT observe es dans les graines « Isidor » dans les essais de cuisson en batch n81, 3, 4 et 5. cailles de respectivement flocons et e pression. es ont e t e assez Les conditions applique voisines pour tous les sous-lots, excepte pour A1 et Z1 dont les temps de jour dans le cuiseur sont nettement se rieurs. Ces deux sous-lots permetinfe valuer la relation entre le temps tent d’e duction des FAT et de la de cuisson, la re des prot solubilite eines (figures 4 et 5) pour des lots de graines a teneur en FAT variant de 30 (lot Z) a 54 UTI/mg (lot A). te quantifie e en termes de La cuisson a e degr e Celsius x heure (8C.h) en multirature de sortie mesur pliant la tempe ee e de la cuisson. sur les flocons par la dure Une cuisson de 128 8 8C.h provoque la 60 Teneur en FAT (UTI/mg MSD) Soja cru 50 Essai 1 40 Essai 3 30 20 Essai 4 10 Essai 5 0 80 % 85 % 90 % 95 % Solubilité des protéines dans KOH Figure 3. Niveaux re siduels de FAT et de solubilite des prote ines mesures avec les graines « Isidor » dans les essais de cuisson en batch n81, 3, 4 et 5. 352 OCL VOL. 19 N8 6 novembre-décembre 2012 duction de 90 % de la teneur initiale en re des FAT et de 20 % de la solubilite ines des lots A et B. Une re duction prote de 95 % des FAT du lot Z est obtenue avec une cuisson de seulement 100 8C.h. qu’il e tait possible, sur L’essai a montre des graines de teneur en FAT de 45 et 55 UTI/mg MSD (32 et 39 UTI/mg duire le niveau en FAT brut), de re s faible infe rieure a une valeur tre a 5 UTI/mg MSD (3,5 UTI/mg brut) compatible avec une utilisation sans risque en alimentation des monogasvitant une trop grande triques, en e des prot diminution de la solubilite eines (de 90 % a 75 %). Pour des graines a teneur initiale plus faible en FAT, les conditions d’une cuisson optimale seront encore plus faciles a obtenir. En raison du traitement de sechage dans le me e tage du cuiseur, les flocons deuxie cuits ont perdu environ 4 a 6 points . Cette perte d’humidite est d’humidite favorable au d eshuilage et on constate comme attendu, que le lot A2 plus : 5,5 vs. sec que le lot A1 (humidite cailles de 6,8 %) a conduit a des e shuil pression mieux de ees (huile : 7,3 vs. 9,6 %) (tableau 3). Les essais sur mini-cuiseur ont permis tablir des mod duction des d’e eles de re ines en FAT et de la solubilit e des prote fonction des facteurs appliqu es. Les que essais en pilote batch ont montre tait possible sans la cuisson humide e injection de vapeur avec seulement une addition d’eau sur les graines chaudes. Enfin, les essais en pilote en continu ont l’importance de la dispersion souligne jour des graines dans les des temps de se tages et la cuiseurs comportant peu d’e cessit ne e de corriger a la hausse les es de traitement pour s’assurer de la dure sactivation suffisante des FAT. de Essais d’extrusion-pression au pilote CREOL es lors Des conditions d’extrusion valide tudes pre c d’e edentes sur la graine de te soja (Quinsac et al., 2005) ont e es de manie re homoge ne sur applique les trois lots de graines (tableau 4). alis L’extrusion est re ee a environ 150 8C ches pour re duire en conditions se autant que possible la teneur en eau a e de la presse. Avec ces condil’entre sactivation des FAT dans les tions, la de cailles de pression pour le lot A s’est e r ave ee insuffisante (niveau voisin de 10 sultats sont UTI/mg), alors que les re Tableau 3. Conditions de cuisson des lots A, B et Z et caracteristiques des flocons et ecailles de pression obtenues au pilote CREOL avec le procede Aplatissage-Cuisson-Pression. Graines Lot A B Z (%) Humidite 11,0 12,7 12,4 Teneur en huile (% MS) 22,2 21,5 22,2 Teneur en FAT (UTI/mg MSD) (1) 46,5 54,1 30,1 proteines KOH (%) Solubilite 89 95 91 Sous-lot Flocons (sortie cuiseur) A1 A2 B1 B2 Z1 Z2 rature cuisson (8C) Tempe 99 104 101 101 102 104 jour (min) Temps de se 21 78 91 86 59 92 Debit (kg/h) 202 171 176 173 196 175 (%) Humidite 6,8 5,5 7,3 7,0 6,4 6,5 proteines KOH (%) Solubilite 89,0 75,0 73,0 74,0 75 73 Teneur en FAT (UTI/mg MSD) 9,5 5,0 3,7 3,9 1,4 1,2 7,0 5,4 7,1 7,6 6,3 7,0 Teneur en huile (% MS) 9,6 7,3 6,9 7,3 7,0 7,4 proteines KOH (%) Solubilite 90 74 72 73 74 72 Teneur en FAT (UTI/mg MSD) 9,5 5,2 3,7 4,3 1,3 1,0 (%) Humidite Ecailles de pression (sortie presse) re se che de lipide e (1) MSD : matie satisfaisants pour le lot B dont la teneur rieure. Les initiale en FAT est supe sultats pour le lot Z sont conformes re sultats obtenus aux objectifs. Les re montrent qu’une teneur en eau entree presse de l’ordre de 6,5 % permet un shuilage satisfaisant tout en ame liorde ant l’inactivation des FAT. Il est donc fe rable de traiter des graines pre a 12,5 % d’eau qu’ a 11,0 %. Comparaison des traitements de cuisson et extrusion des Bien que les niveaux de solubilite ines soient assez voisins avec les prote Réduction de la tenenur en FAT 100 % 95 % Sous-lots A1, A2 B1, B2 deux traitements, les niveaux de FAT s extrusion sont sensiblement plus apre leve s que ceux obtenus apre s cuisson e che se r le (tableau 5). L’extrusion se eve sactiver les FAT moins efficace pour de que le traitement de cuisson humide, ce qui confirme les observations faites dans tude sur mini-cuiseur. l’e En revanche, l’extrusion facilite le presshuilage obtenu est nettesage et le de cailles ment meilleur. En moyenne, les e d’extrusion-pression contiennent environ 1,3 point d’huile en moins que celles de cuisson-pression ce qui a un fort impact sur la valorisation des produits, d’huile proaussi bien sur la quantite du tourteau. duite que sur la qualite 90 % Quel proce de pour une unite de trituration de 20 000 t/an ? R2 = 0,9691 85 % Sous-lots Z1, Z2 80 % 75 % 0 50 100 128 150 200 Cuisson (°C x heure) Figure 4. Effet de la cuisson sur la reduction de la teneur en FAT dans les e cailles de pression partir des graines de soja FAT+ (lots A et B) et FAT– (lot Z). Re duction = (teneur preparees a initiale – teneur finale)/teneur initiale). diction de la composition des La pre tourteaux produits dans une usine triturant 20 000 tonnes de graines par an a te re alise e sur la base des re sultats des e essais technologiques, aussi bien sur les valeurs moyennes que sur les variations es. Les circonstances des essais mesure alis te analys re es chez CREOL ont e ees pour pr evoir au niveau industriel une gradation ou au contraire et selon de lioration des performanle cas, une ame ces. L’expertise de l’ equipementier La re de M ecanique Moderne en matie shuilage chelle induscuisson et de a l’e OCL VOL. 19 N8 6 novembre-décembre 2012 353 Réduction solubilité protéines 30 % Sous-lots A1, A2 B1, B2 20 % 10 % R2 = 0,8675 Sous-lots Z1, Z2 0% -10 % 0 50 100 128 150 Etude technico-economique 200 Cuisson (°C x heure) Figure 5. Effet de la cuisson sur la reduction de la solubilite des prote ines dans les ecailles de partir des lots de graines de soja FAT+ (lots A et B) et FAT– (lot Z). pression pr e parees a Re duction = (teneur initiale – teneur finale)/teneur initiale). te prise en compte pour de finir trielle, a e et de matie re les niveaux d’humidite siduelle dans les tourteaux. grasse re dit que le Cette analyse (tableau 6) pre EP ne pourra probablement pas procede sactivation des FAT ne peut être de re e chelle industrielle. L’extruespe a l’e d dans les sion humide, proce e utilise dans la re gion Rho ^ neusines en activite sactivaAlpes, permet une meilleure de tion des FAT mais parce qu’elle est e ration de pressage inadapte a l’ope alis te test re ee en suivant, elle n’a pas e ee tude. En effet, les extrudats dans cette e produits seraient trop humides pour chage être press es efficacement, leur se de avant pression d egraderait la qualite tique du proce de ^t l’huile et le cou energe serait augment e. Il serait cependant envisageable d’ etudier l’extrusion a sec de graines plus humides (13-14 % ) pour ve rifier l’effet positif de d’humidite sur la de sactivation des cette humidite FAT. gulie rement un niveau de FAT assurer re < 10 UTI/mg brut, contrairement au ACP. Pendant les essais chez proc ede che avait e te mise CREOL, l’extrusion se s, et en oeuvre a la limite de ses possibilite une am elioration des performances de es sur le de shuilage des graines Les donne te (huile r esiduelle des tourteaux) ont e es pour alimenter un mode le de utilise conomique donsimulation technico-e valuations des marges brutes nant des e et nettes de trituration en fonction des ses optimistes et prudentes sur le hypothe de (tableau 6) et d’hypoth proce eses de valorisation des produits de la trituration re (huile et tourteaux). Le bilan matie rêt du proce de (tableau 7) montre l’inte EP pour une production plus importante cart entre les marges brutes d’huile. L’e Tableau 4. Conditions d’extrusion des lots A, B et Z et caracte ristiques des extrudats et des e cailles de pression obtenues au pilote CREOL avec le proce de Extrusion-Pression. Graines Lot A B Z (%) Humidite 12,4 11,0 12,7 Teneur en huile (% MS) 22,2 21,5 22,2 Teneur en FAT (UTI/mg MSD)(1) 46,5 54,1 30,1 prote ines KOH (%) Solubilite 89 95 91 87,0 88,4 87,3 153,8 150,4 152,4 (A) Intensite 25,7-27,5 24,1-25,1 25,7-27,4 bit (kg/h) De 148 151 148 Humidite (%) 4,8 6,6 6,5 prote ines KOH (%) Solubilite 80 77 78 Teneur en FAT (UTI/mg MSD) 9,3 8,1 rature fourreau 1 (8C) Tempe Temperature fourreau 2 (8C) Extrudats (sortie extrudeur) Sous-lot Ecailles de pression (sortie presse) A2 B1 B2 Z1 Z2 Humidite (%) 6,7 5,5 8,0 7,4 7,2 7,7 Teneur en huile (% MS) 5,9 5,3 6,2 5,6 5,3 6,0 prote ines KOH (%) Solubilite 79 78 73 79 76 80 Teneur en FAT (UTI/mg MSD) 10,4 10,2 3,9 4,8 3,2 3,2 re se che de lipide e (1) MSD : matie 354 2,6 A1 OCL VOL. 19 N8 6 novembre-décembre 2012 Tableau 5. Composition moyenne des tourteaux obtenus avec les deux procede s Aplatissage-Cuisson-Pression (ACP) (6 essais) et Extrusion-Pression (EP) partir de graines des lots A et B. (4 essais) a ristiques des tourteaux Caracte Humidite (% brut) siduelle Huile re (% brut) ines Prote (% brut) FAT (UTI/mg brut) Solubilite ines (%) Prote Graines Lot A Graines Lot B 11,0 12,7 18,8 19,8 35,3 33,9 33 38 89 95 ACP Tourteaux obtenus a partir des lots A et B Moyenne EP Tourteaux obtenus a partir des lots A et B Moyenne mini-maxi mini-maxi 6,7 6,7 44,4 3,8 73 5,3-7,9 6,2-6,9 42,5 a 45,8 3,1-4,6 72-75 6,9 5,4 44,9 6,5 77 5,5-8,0 5,2-5,7 43,8 a 46,4 3,4-9,1 73-79 ristiques sont exprime es sur brut. Les produits etant destines a l’alimentation animale, leurs caracte Tableau 6. Composition moyenne des tourteaux obtenus avec les deux procede s Aplatissage-Cuisson-Pression (ACP) (6 essais) et Extrusion-Pression (EP) partir de graines des lots A et B (4 essais) a de Proce se Hypothe Humidite (% brut) siduelle Huile re (% brut) ines Prote (% brut) Aplatissage-Cuisson -Pression (ACP) Optimiste 4,5 6,4 44,9 Prudente 4,5 7,2 44,5 Extrusion-Pression (EP) Optimiste 6,9 5,4 44,2 Prudente 6,9 6,6 43,6 FAT (UTI/mg brut) Solubilite ines (%) prote <8 > 70 % < 12 > 75 % ristiques sont exprime es sur brut. Les produits etant destines a l’alimentation animale, leurs caracte de s (tableau 8) reste assez des deux proce faible (de 1,4 a 6,0 s/tonne de graine trituree) si on le compare aux ecarts qui ses de peuvent exister entre les hypothe valorisation (plus de 60 s/t). ^ ts de trituration sont pratiqueLes cou de s ment identiques pour les deux proce le vent environ a 33 s/t (tableau 9) et s’e e, les cou ^ ts de maintede graine triture leves pour le proce de EP nance plus e tant compense s par une consommation e nerge tique plus faible. Dans le cadre e ses e tudie es et des cours des des hypothe res premie res en 2011, la marge matie nette n’est positive que dans le cas d’une valorisation moyenne ou optimiste. de s doit La comparaison des deux proce galement tenir compte de leur polye valence pour la trituration d’autres grai- agineuses, ce qui peut s’ave rer nes ole terminant pour amortir les e quipede ments en cas de contexte d efavorable de ACP peut pour le soja. Le proce s’appliquer au soja ainsi qu’au colza et d au tournesol alors que le proce e EP est serve au soja. re Conclusion ristiques des e quipeque, les caracte voir les niveaux de ments, et de pre elles performances dans les conditions re de fonctionnement dans une unite industrielle. Ceux-ci sont proches mais anmoins comportent des e carts ne sactivation des facteurs antitrypsi(de shuilage) qui peuvent motiver ques, de rents pour un investissedes choix diffe . ment dans un contexte donne alise s sur Les travaux technologiques re de s aplatissage-cuissonles deux proce pression et extrusion-pression avaient pour objectif de faire le bilan de leurs quiper des forces et faiblesses pour e s industrielles de petite taille. Les unite alis chelles ont essais re es a plusieurs e valuer les effets des diffe rents permis d’e facteurs du traitement hydro-thermi- ^ ts de trituration sont similaires Les cou quences en matie re et les vraies conse conomique se feront sur les possibilite s e de valorisation du tourteau et de l’huile. La valorisation locale de la graine de soja e destine a approvisionner les elevages est confront de proximite ee a la concurrence du tourteau de soja industriel . Ces tourteaux produits importe a bas partir des performances des deux proce des Aplatissage-Cuisson-Pression (ACP) et Extrusion-Pression (EP) et des Tableau 7. Bilans matieres calcules a caracte ristiques moyennes des graines de soja (1) re (pour 1 000 kg de graines) Bilans matie Tourteau (kg) Huile (kg) Eau perdue (kg) EP - Rendement huile optimiste 783,4 150,7 65,9 EP - Rendement huile prudent 794,2 140,6 65,2 ACP - Rendement huile optimiste 771,0 143,7 85,3 ACP - Rendement huile prudent 778,0 137,0 85,0 12 % brut, MG : 19,4 % brut, prote ines : 35,3 % brut (Feedbase, 2011). (1) Humidite OCL VOL. 19 N8 6 novembre-décembre 2012 355 Tableau 8. Marges brutes (s/t de graine) pour les deux procede s Aplatissage-Cuisson-Pression (ACP) et Extrusion-Pression (EP), calcule es selon trois hypotheses de valorisation Tourteau (1) Valorisation optimiste Valorisation moyenne Valorisation pessimiste Selon PROFAT (3) Selon MAT (4) Selon MAT (4) Huile (1) 100 % du cours 100 % du cours 95 % du cours Primes sur le tourteau (2) 100 % 67 % 33 % ACP - Rendement huile optimiste 81,8 67,9 24,0 ACP - Rendement huile prudent 80,8 66,8 18,2 EP - Rendement huile optimiste 84,4 70,3 30,2 EP - Rendement huile prudent 82,5 68,2 21,7 (1) (2) (3) (4) Valeur graines de soja : 350 s/t ; huile : 910 s/t ; tourteau soja 48 : 311 s/t. : 10 s/t ; prime proximite (economie transport) : 7 s/t. Prime tourteau non OGM : 37,5 s/t ; prime traçabilite par sa valeur PROFAT (teneurs huile + proteines) et par la valeur PROFAT et le prix du tourteau de soja 48. Prix du tourteau determine par sa teneur en MAT (prote ines) et par la teneur en MAT et le prix du tourteau de soja 48. Prix du tourteau determine ^ts de trituration avec les deux procede s Aplatissage-Cuisson-Pression (ACP) et Extrusion-Pression (EP) applique s dans Tableau 9. Comparaison des cou une unite traitant 20 000 t de graines par an. Aplatissage-Cuisson-Pression (ACP) Extrusion-Pression (EP) ^ ts partiels Cou Base de calcul (s/t de graine e) triture Base de calcul Broyeur 37 600 s 0,27 37 600 s 0,27 Presse + concasseur + outils 187 420 s 1,34 253 017 s 1,81 Cuiseur + distribution vapeur 224 580 s 1,60 0 s 0,00 Aplatisseur 94 000 s 0,67 0 s 0,00 paration des pieds Se 16 590 s 0,12 16 590 s 0,12 Ensemble de filtration 56 421 s 0,40 56 421 s 0,40 Extrusion 0 s 0,00 275 000 s 1,96 cailles Refroidissement des e 40 560 s 0,29 40 560 s 0,29 Manutentions 120 000 s 0,86 120 000 s 0,86 Support charpentes 16 000 s 0,11 16 000 s 0,11 Tuyauterie + calorifuge 61 500 s 0,44 30 750 s 0,22 Armoires electriques + c^ables 132 200 s 0,94 132 200 s 0,94 Compresseur 7 000 s 0,05 7 000 s 0,05 Frais montage 33 000 s 0,24 30 000 s 0,21 Frais d’implantation LMM 57 630 s 0,41 69 156 s 0,49 Total amortissement 1 084 501 s 7,75 1 084 294 s 7,74 Frais financiers (1) 22 435 s/an 1,12 22 431 s/an 1,12 Maintenance pression 10 008 s/an 0,50 13 511 s/an 0,68 quipements Maintenance reste e 5 044 s/an 0,25 4 104 s/an 0,21 Maintenance extrusion Energie thermique (2) 0 s/an 0,00 12 375 s/an 0,62 150 kWh/t 6,77 0 kWh/t 0,00 lectrique (2) Energie e 72 kWh/t 4,16 163 kWh/t Total energie 10,92 Total 1 Main d’oeuvre (s/t de graine e) triture 20,28 210 000 9,41 9,41 19,51 s/an 10,50 210 000 s/an 10,50 Assurances 7 296 s/an 0,36 7 296 s/an 0,36 BFCE (3) 39 981 s/an 2,00 39 981 s/an 2,00 ne ral Total ge 33,14 32,37 lectricite : 0,05775 s /kWh ; (3) besoin de financement du cycle d’exploitation (1) amortissement 7 ans ; (2) prix vapeur : 0,045 s/kWh, e 356 OCL VOL. 19 N8 6 novembre-décembre 2012 s grosses usines en ^ t dans de tre cou rique du Sud ou aux Etats-Unis sont Ame tres competitifs et une substitution shuipar des tourteaux partiellement de s ne sera possible que si les proce de s le s et sont correctement dimensionne s. La valorisation des primes optimise reste alors essentielle, pour garantir durablement une marge nette positive. du tourteau vers des Le debouche pour lesquelles productions de qualite re non-OGM la traçabilite et le caracte sont recherch es est une condition de ussite ainsi que la mise en place d’une re quilibre e entre les relation contractuelle e rateurs de la filiere. Par ailleurs, divers ope la logistique devra aussi être optimisee duire les cou ^ ts de transport. pour re de devra prendre Enfin, le choix du proce ration les risques d’une rupen conside ture de l’approvisionnement en soja et l’interêt d’être polyvalent pour la trituraagineuses. tion d’autres graines ole Remerciements. Les auteurs remerre (Terres cient François de la Perrie d’Alliance) et Philippe Lefebvre (Cooperative Dauphinoise) pour la es fourniture des graines et de donne conomiques utilise es dans technico-e tude, ainsi qu’Hubert Hebinger, cette e Didier Chollet et Louis-Marie Allard (CETIOM) pour leur implication dans veloppement de ces travaux. le de rêts : aucun Conflits d’inte RÉFÉRENCES AOCS Official Method Ba 12-75. Determination of the total and residual trypsin inhibitors in food and feed products under the conditions of the test. Feedbase. Composition graine de soja. conomiques et techniques en Donnees e alimentation animale. Cereopa-AFZ (www. feedbase.com), 2011. Hereklman KL, Cromwell GL, Stahly TS, Knabe DA. Apparent digestibility of amino acids in raw conventional and low trypsin inhibitor soybeans for pigs. J Anom Sci 1992 ; 70 : 81826. KeShun Liu. Soybean : Chemistry. In : Technology and utilization, Springer, 49, 1997. 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