Selon certaines sources, la lyophilisation pour la conservation des aliments remonte aux Incas. Aujourd’hui, cette technique est mise au service de l’industrie agro-alimentaire pour améliorer la durée de conservation de divers produits comme le café, les épices et les plats cuisinés pour les randonneurs, tout en préservant leurs qualités gustatives et nutritionnelles.
Les Incas du Pérou le savaient : la lyophilisation des aliments présente de nombreux mérites. Les pommes de terre et autres récoltes qu’ils entreposaient sur les hauteurs du Machu Picchu se conservaient plus longtemps que les autres aliments, étaient légères et donc faciles à transporter. Les Indiens tiraient parti du climat des montagnes (les températures chutant sous le point de congélation durant la nuit) et de la faible pression atmosphérique à haute altitude pour congeler leurs aliments et laisser ensuite l’eau et la glace lentement s’évaporer jusqu’à dessiccation.1
Aliments solides et médicaments
Les applications commerciales de la lyophilisation, ou cryodessication, ont vu le jour à la fin des années 1930. Cette technique est alors utilisée pour préserver le plasma sans passer par sa réfrigération et pour fabriquer du café instantané. Depuis, elle est appliquée à la préservation de plusieurs centaines de produits alimentaires et pharmaceutiques.1
La lyophilisation « moderne » requiert l’usage d’un appareil spécial appelé lyophilisateur qui se compose d’une chambre de grand volume pour la congélation et d’une pompe à vide pour l’extraction de l’eau. Exécutée en quatre étapes, cette méthode consiste 1) à congeler les produits pour permettre leur séchage à basse température, 2) à créer un vide pour que la glace/solvant passent directement de l’état solide à l’état gazeux sans passer par l’état liquide (sublimation), 3) à chauffer les produits pour accélérer la sublimation et 4) à récupérer par condensation la vapeur de solvant qui s’est accumulée dans la chambre à vide en la faisant repasser à l’état solide.1,2
Puisque la congélation est rapide, il ne se forme que des petits cristaux de glace. Une congélation plus lente aurait pour effet de favoriser la formation de cristaux plus volumineux susceptibles d’endommager la structure du produit en déchirant les parois de ses cellules. Pendant la phase de mise sous vide, la faible pression empêche la décongélation des produits. La mise sous vide accélère par ailleurs l’étape suivante du procédé ou dessiccation primaire3, au cours de laquelle la glace est transformée directement en vapeur d’eau selon un procédé du nom de sublimation. Cette méthode permet de préserver l’intégrité du produit.3 La dessiccation primaire permet d’extraire jusqu’à 95% de l’eau contenue dans le produit. Enfin, la dessiccation secondaire (qui intervient parfois à plus haute température) consiste à supprimer l’eau retenue captive dans les protéines et glucides du produit.1-3
Haute qualité
La lyophilisation peut permettre de ramener l’humidité du produit à un taux extrêmement bas (de 1% à 4%) et d’empêcher les bactéries et moisissures de proliférer et les enzymes de déclencher des réactions chimiques susceptibles de détériorer le produit. Les produits lyophilisés se conservent très longtemps. Dans un emballage hermétique, à l’abri de l’humidité, de la lumière et de l’oxygène, ils se conservent à température ambiante pendant de nombreuses années.1,2
Après leur réhydratation, les produits lyophilisés peuvent avoir meilleur goût et présenter une texture et un aspect d’une qualité supérieure à celle des produits soumis à d’autres méthodes de conservation.1,2 Ainsi le séchage des fruits à l’air entraîne une réduction de leur volume initial, ce qui n’est pas le cas des fruits lyophilisés.
Comparés aux produits séchés à l’air ou par atomisation, les produits lyophilisés peuvent se réhydrater rapidement grâce aux pores microscopiques formés par la glace sur leur surface au moment de la congélation.1-3
Mais la lyophilisation présente aussi quelques inconvénients : elle est 4 à 8 fois plus coûteuse que le séchage à l’air ou par atomisation et consomme 2 à 5 fois plus d’énergie. De plus, la lyophilisation est un procédé discontinu qui se traduit par de multiples manipulations et des durées de traitement beaucoup plus importantes que les autres méthodes.2 Le faible taux d’humidité des produits peut aussi causer des problèmes de rancidité oxydative si bien qu’il faut parfois ajouter des antioxydants à certains produits, comme la viande. Pour toutes ces raisons, la lyophilisation n’est utilisée que pour les produits dont la qualité est de la plus haute importance comme les neutraceutiques, les vaccins, les antibiotiques, le café instantané, les légumes, les herbes et aromates, les plats cuisinés pour les randonneurs, les fruits des céréales pour le petit-déjeuner, les préparations culinaires pour les astronautes, les soupes déshydratées instantanées, les produits chimiques de grande valeur et les pigments.1-3,5
Réduire les coûts
L’industrie agro-alimentaire cherche à augmenter les applications de la lyophilisation tout en améliorant leur rapport coût-efficacité. Une méthode du nom de lyophilisation « active » a par exemple été mise au point pour réduire les temps de traitement et de dessiccation. Des recherches sont également menées sur la lyophilisation à pression atmosphérique plutôt que sous vide pour économiser l’énergie. Enfin, d’autres travaux concernent des méthodes associant le pré-séchage conventionnel, suivi de la lyophilisation pour parachever la dessiccation. Ce procédé réduit le temps de traitement et la consommation énergétique.2,4,6
Références
- Phase Technologies Inc. (1999). Lyophilization: Introduction and Basic Principles. Jennings TA.
- Ratti C (2001). Hot air and freeze drying of high-value foods: a review. Journal of Food Engineering 49:311-9
- Oetjen GW, Haseley P (2004). Freeze Drying. Wiley-VCH.
- TNO-report V 8441 (2009). Behoud waardevolle natuurlijke inhoudsstoffen met innovatieve (vries) droogprocessen. Auteurs : Van Deventer H. and Oostrom W.
- Chan EWC et al. (2008). Effects of different drying methods on the antioxidant properties of leaves and tea of ginger species. Food Chemistry 1:166-72
- Nawirska A et al. (2009). Drying kinetics and quality parameters of pumpkin slices dehydrated using different methods. Journal of Food Engineering 1:14-20
FOOD TODAY 07/2009
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