Etude du séchage et de la maturation du sucre en grains

Study of drying and maturation of sugar crystals

• Auteur / Autrice : Karabet Rastikian
• Direction : Richard Capart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés industriels
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Compiègne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aliments -- Teneur en eau

Centrifugation

Sucre -- Procédés de fabrication

Stockage

Séchage

Adsorption

Sucre

Mots clés libres

Cristallisation

Résumé

Après cristallisation, les grains de sucre sont séparés de leur solution mère par centrifugation. Un film de solution saturée reste adhérent aux grains de sucre. L'extraction de l'eau contenue dans ce film se fait habituellement en deux opérations successives : une étape de séchage proprement dite durant laquelle l'eau libre est totalement enlevée ; une étape de stockage, appelée aussi de maturation, durant laquelle la totalité de l'eau liée est pratiquement libérée. La première étape de notre travail expérimental a consisté à déterminer les isothermes d'adsorption et la conductibilité thermique du sucre en grains et à étudier les cinétiques de transition amorphe - cristallin. Nous avons ensuite élaboré successivement trois protocoles expérimentaux pour le séchage du sucre. Intitulés ''séchage du sucre sur plateau'', ''séchage du sucre en pluie'' et ''séchage du sucre dans un cylindre rotatif', les trois protocoles expérimentaux ont permis de mettre en évidence la faisabilité du séchage du sucre à température ambiante. Nous avons testé deux techniques de mesure de la teneur en eau du sucre : la méthode d'étuvage et la méthode de Karl Fischer. Ces deux méthodes sont apparues complémentaires et une simple comparaison des résultats obtenus par l'une ou l'autre technique a permis d'identifier l'état de l'eau en fin de séchage (eau libre ou eau liée). Dans le cadre de l'étude de séchage en continu, nous avons développé un modèle mathématique permettant de prédire l'évolution de la teneur en eau du sucre au cours du séchage. Nous avons par la suite conçu et mis au point un silo pour l'étude de la maturation du sucre. Nous avons aussi élaboré un protocole d'analyse physique de pénétration conique inversé afin de déterminer le degré de prise en masse du sucre stocké. Nous avons enfin élaboré un modèle mathématique de déshydratation du sucre basé sur le couplage entre le transfert de matière et de chaleur dans le silo. Le modèle a permis de prédire l'évolution de la teneur en eau et de la température du sucre et celle de l'humidité absolue de l'air.

After crystallization, the sugar crystals are separated from the solution by centrifugation. A layer of saturated water is still adherent to the crystals. The extraction of this water is usually done by the following two operations : a drying during which the free water is removed ; a storage, called maturation, during which the bound water is removed. The first part of our experimental work has consisted to determine the sorption isotherms and the thermal conductibility of granulated sugar and to study the kinetics of the transition from amorphous to crystalline phase. Farther, we have elaborated three experimental protocols for sugar drying. Entitled ''drying of sugar on a plate'', ''drying of dispersed free falling sugar'' and ''drying of sugar in a rotated dryer'', the three experimental protocols allowed to check the feasibility of the drying at room temperature. We have tested two methods for measuring the moisture of sugar: the Karl Fischer method and the standard oven drying. The both methods revealed complementary and a simple comparison of results have permitted to characterize the sate of the physical residual water (free or bound water). Farther, we have studied the continuous drying and we have developed a mathematical method which allowed to predict the evolution of sugar moisture during drying. We have conceived and constructed a laboratory silo for studying sugar maturation. We have also elaborated a protocol for physical analysis of penetration for determination the rate of caking of stored sugar. Finally, we have described the sugar dehydration during storage with the help of a mathematical model based on heat and mass transfers. This model has permitted to predict the evolution of all of the sugar moisture, the sugar temperature and the air humidity.