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Nouveau procédé de fractionnement des graines de tournesol : expression et extraction en extrudeur bi-vis, purification par ultrafiltration de l’huile de tournesol

Kartika, Ika Amalia (2005) Nouveau procédé de fractionnement des graines de tournesol : expression et extraction en extrudeur bi-vis, purification par ultrafiltration de l’huile de tournesol. (New processing of the sunflower seeds fractionation : expression and extraction on twin-screw extruder, purification by ultrafiltration of the sunflower oil.)

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Abstract

Cette étude a porté sur l'optimisation des conditions opératoires du fonctionnement de la graine de tournesol en extrudeur bi-vis type CLEXTRAL BC 45, et la mise au point d'un procédé de purification des huiles brutes par ultrafiltration. La mise en oeuvre de l'extrudeur bi-vis pour l'expression de l'huile de graine de tournesol illustre parfaitement l'intérêt de la technologie bi-vis dans le domaine de la trituration des graines oléagineuses. L'adaptation du profil de vis, de la configuration du fourreau et le choix des conditions opératoires (température, vitesse de rotation des vis et débits de graine) permet d'envisager sa mise en oeuvre pour réaliser plusieurs opérations des procédés de trituration des graines en une seule étape continue, compacte et flexible. Le meilleur rendement en huile exprimée de 85% correspondant à la teneur en huile résiduelle du tourteau de 12,5% peut être atteint à partir de la graine entière dans les conditions opératoires 75 rpm, 19 kg/h et 120°C. L'extrudeur bi-vis ainsi configuré en deux étapes de trituration et pressage des graines et d'extraction-séparation liquide/solide du tourteau permet d'atteindre un rendement en huile extraite de 98%, correspondant à la teneur en huile résiduelle du tourteau inférieure à 3% avec un taux de solvant/graine limité à 0.5. L'ultrafiltration des huiles brutes issues de l'expression en extrudeur bi-vis des graines de tournesol oléique permet de sélectionner le type de membrane adaptée au traitement d'un tel milieu lipidique et définir les conditions opératoires favorables à la séparation des phospholipides et la clarification de ces huiles. Les membranes les plus efficaces ont un seuil de coupure compris entre 10 et 30 kDa. La sélectivité des membranes et le flux de perméat dependent des conditions hydrodynamiques de fonctionnement mais aussi de la nature de la membrane et de la composition de l'huile. Ainsi avec la membrane poly(éther)sulfone de 30 kDa, il est possible d'obtenir un taux de rétention des phospholipides de 94% avec un flux de perméat de 12 l/m2.h dans les conditions les plus favorables (4.5 bars, 50°C et 0.1 m/s). ABSTRACT : The objective of this study was to investigate the new processing of the sunflower seeds fractionation allowing to realize oil expression and extraction using methyl ester as the solvent on a twin-screw extruder, and purification of twin-screw extruder-pressed sunflower oil by ultrafiltration. The oil expression and extraction were conducted using a co-rotating twin-screw extruder (Model BC 45, Clextral-France). Twenty one screw profiles were examined to define the best performance (oil yield, oil quality and energy input) by studying the influence of operating conditions on temperature pressing, screw rotation speed and seed input flow rate. The ultrafiltration was carried out with polyethersulfone, polysulfone and ceramic membranes to determine flux, phospholipids rejection, free fatty acid and color reduction by studying the influence of operating conditions on pressure, temperature and tangential velocity. The position and spacing between two reversed screw elements affected oil expression yield. More oil expression yield was produced as temperature pressing, screw rotation speed and seed input flow rate were decreased. Highest expression yield (85%) with best cake meal quality (< 13% of the residual oil content) was obtained under operating conditions 75 rpm, 19 kg/h and 120°C. Furthermore, the operating parameters influenced energy input. A decrease in temperature and seed input flow rate followed by an increase in screw rotation speed increased energy input, particularly specific mechanical energy input. Effect of the operating parameters on oil quality was unimportant, mainly on acid and iodine values. In all experiments tested, the oil quality was very good. The acid value was below 2 mg KOH/g and the phosphorus content was very poor, below 100 mg/kg. The oil extraction yield was measured as function of screw configuration and solvent-to-solid (S/S) ratio. The position of the solvent injector and the reverse screw elements affected oil extraction yield. Higher oil recovery was produced as the S/S ratio was increased. Up to 98% of the oil was removed from seeds under S/S ratio of 50%. The best ultrafiltration performance was obtained under 4.5 bars, 50°C and 0.1 m/s with the polyethersulfone membrane of 30 kDa (12 l/m2.h of the permeate flux and 94% of the phospholipids rejection). Furthermore, ultrafiltration was found to have a positive effect on oil decoloration.

Department or laboratory:Laboratoire de Chimie Agro-Industrielle - LCA (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Rigal, Luc and Pontalier, Pierre-Yves
Uncontrolled Keywords:Tournesol - Extrudeur bi-vis - Expression - Extraction - Huile oléique - Ultrafiltration - Phospholipides - Triglycérides
Subjects:Agro-industrial chemistry > Agricultural resources
Deposited On:19 September 2005

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