Clarification des jus de fruits avec membranes

2024-10-17

Introduction

Selon le rapport sur le marché des jus de fruits, en 2022, la taille du marché mondial des jus de fruits est passée à 147,5 milliards de dollars et va se développer dans les années suivantes pour atteindre près de 190 milliards de dollars d’ici 2028 [1].

Cela est motivé par des campagnes de promotion d’un mode de vie sain allant de pair avec une prise de conscience croissante de la population, qui choisissent plus souvent des boissons précieuses et nutritives plutôt que des boissons gazeuses à forte teneur en sucre et en caféine. Des recherches récentes montrent qu’une augmentation significative de la consommation de jus de fruits a été remarquée pendant et après la pandémie de COVID-19 [2-4] afin de compléter la vitamine C et de soutenir le système immunitaire. Les consommateurs de plus en plus préoccupés par l’alimentation choisissent les jus de fruits car ils contiennent naturellement des NUTRIMENTS bénéfiques pour la santé, tels que des minéraux, des vitamines, des fibres alimentaires et des antioxydants.

La plus grande partie du marché mondial en termes de revenus est l’Amérique du Nord. Bien que le marché de l’Europe et de l’Asie soit plus grand, c’est l’Amérique latine qui présente le plus grand potentiel de croissance des entreprises au cours des prochaines années.

Traditionnellement, la production de jus de fruits était réalisée à l’aide d’un traitement thermique, afin d’éviter la croissance de micro-organismes et de prolonger ainsi la durée de conservation d’un produit. La concentration par évaporation était traditionnellement appliquée pour minimiser le volume de jus par évaporation de l’eau afin de réduire l’espace de stockage et de faciliter le transport en réduisant ses coûts. Le principal inconvénient de cette technologie, outre sa forte consommation d’énergie, est le fait qu’en chauffant le fruit, la majorité des substances actives telles que les vitamines, les composés phénoliques, les anthocyanes, les caroténoïdes ou même l’arôme sont perdues, en raison de leur instabilité et de sa dégradation à des températures élevées [5,6].

Pourquoi la clarification du jus est-elle importante ?

Le processus de clarification est considéré comme l’une des étapes les plus importantes de la transformation des jus de fruits pour la production industrielle. Le but de ce traitement est d’éliminer autant de composants que possible qui causent la turbidité, tels que la pectine, la cellulose, l’amidon, les protéines et les métaux. L’élimination de ces substances améliore considérablement la pureté du jus et réduit la viscosité du jus, ce qui a des effets positifs sur son apparence et sa saveur.

La clarification peut être effectuée par un processus mécanique, chimique et/ou enzymatique. Le traitement membranaire est un procédé de séparation mécanique efficace, rentable et à basse température largement utilisé à des fins de clarification du jus.

Avantages de la clarification des jus avec des membranes

Parce que la technologie membranaire nécessite moins de main-d’œuvre, a des coûts d’exploitation inférieurs et fonctionne à basse température, elle a remplacé les procédés conventionnels de clarification et de concentration des jus. La technologie membranaire préserve presque totalement les qualités nutritives, organoleptiques et sensorielles du jus.

Les techniques membranaires de clarification du jus présentent un certain nombre d’avantages par rapport aux procédés conventionnels, notamment une réduction des dommages thermiques causés aux produits, une meilleure rétention d’arôme et de couleur, une consommation d’énergie réduite et des coûts d’équipement réduits.

Clarification du jus étape par étape à l’aide de membranes

Avant la production du jus, les fruits sont soumis à plusieurs processus. Après la collecte, les fruits sont lavés des contaminants tels que la saleté, les pierres, les feuilles, etc. et triés en fonction de leur taille. L’étape suivante est la préparation de la purée, qui peut inclure le dénoyautage, le hachage ou le broyage. Vient ensuite l’extraction du jus, généralement effectuée par pressage ou serrage, suivie d’une décantation. Le type d’extraction du jus dépend également du type de fruit traité. À partir de ce moment, le traitement ultérieur varie en fonction du type de produit final requis. La production de jus trouble nécessite moins de traitement et permet d’obtenir des produits contenant de la pectine, de la cellulose, des tanins, de la pulpe et des fibres. Habituellement, le traitement se limite à la centrifugation et à l’élimination des plus gros solides. Après la pasteurisation, effectuée pour détruire les micro-organismes dans le jus, vient la dernière étape, qui est le remplissage et le stockage [7].

En ce qui concerne les jus clairs, après extraction par pressage, la fraction liquide résultante subit une filtration et une clarification. Traditionnellement, afin d’obtenir des résultats satisfaisants, plusieurs étapes étaient effectuées : la centrifugation (la même que dans le processus de production de jus trouble), puis le traitement enzymatique pour l’élimination de la pectine et plusieurs étapes de filtration pour éliminer les colloïdes restants [7]. En raison de ce qui précède, des technologies alternatives sont mises en œuvre afin de raccourcir le temps de production et de simplifier le processus de production. Après l’étape nécessaire de dépectinisation, un prétraitement enzymatique est appliqué pour décomposer la pectine et l’amidon et optimiser la viscosité du moût, la technologie membranaire s’est avérée être une technique avantageuse qui aide efficacement à surmonter les inconvénients des procédés conventionnels. La filtration membranaire est une technique peu coûteuse avec une empreinte au sol requise minimale, de sorte qu’elle constitue un choix attrayant pour les applications industrielles [5,8]. Les membranes tubulaires en polymères fonctionnent à basse température et, grâce à cela, préservent la qualité requise du produit final, fournissant des jus avec de bonnes caractéristiques sensorielles et un contenu nutritif, ce qui est un objectif crucial pour l’industrie du jus. Il s’agit d’un processus mécanique simple, qui ne met en œuvre aucun traitement thermique ou chimique et, ainsi, simplifie considérablement le fonctionnement du processus et le produit obtenu est de bonne qualité et peut être produit à un rendement plus élevé.

Le type de membrane le plus avantageux pour cette application est la configuration tubulaire. Grâce à sa forme cylindrique et à sa conception à canal ouvert, c’est le plus adapté aux liquides riches en solides et visqueux tels que les jus de fruits fraîchement extraits. Le fonctionnement à flux transversal permet de réduire les problèmes d’encrassement et garantit une efficacité et un rendement de filtration élevés. Un large spectre de précision de filtration et une stabilité thermique, mécanique et chimique élevée se traduisent par une longue durée de vie de la membrane, offrant une solution fiable à l’industrie du jus pour produire des boissons saines et savoureuses.

Les méthodes couramment utilisées pour la clarification des jus sont la microfiltration (MF) et l’ultrafiltration (UF).

Les membranes de microfiltration caractérisées par la plus grande taille de pores (0,1 μm ou plus) peuvent être utilisées dans le cas de jus de couleur foncée, qui par nature possèdent des composés plus encrassants tels que de grosses particules, des polyphénols, des pectines et des tanins. Les jus de couleur claire sont souvent clarifiés avec succès grâce à l’utilisation de l’ultrafiltration, dont lseuil de coupure est d’environ 100-200 kDa. L’ultrafiltration permet d’éliminer efficacement les micro-organismes, les protéines, les colloïdes en suspension, les composés polyphénoliques, l’amidon et la pectine, et améliore la clarté et la texture du jus.

Par rapport aux technologies traditionnelles, la clarification des jus par MF/UF garantit des rendements plus élevés, généralement 94 % ou plus. La diafiltration est souvent utilisée pour augmenter encore le rendement jusqu’à 99%. Le rendement réalisable dépend à la fois du fruit à traiter (c’est-à-dire de sa teneur en pulpe) et des paramètres de fonctionnement.

Nos solutions pour la clarification des jus

Nos produits membranaires sont conçus pour fournir le processus de clarification des jus le plus efficace pour une grande variété de types de jus.

Ils sont idéaux pour :

• Jus légers tels que pomme, poire, pêche, ananas, orange, citron et raisins légers ;
• Jus roses tels que la grenade et la fraise ;
• Jus foncés tels que la cerise, la carotte, la mûre, la betterave et le raisin noir.

Les membranes MF et UF typiques utilisées pour clarifier ces jus sont fabriquées à partir de matériaux approuvés par la FDA et l’UE.

Série A

Nos membranes tubulaires MF et UF utilisées dans les applications de jus de fruits sont fabriquées à partir de PVDF. Nous vous recommandons d’utiliser les modules A19 ou A37, qui sont composés d’un boîtier robuste en acier inoxydable et d’un noyau remplaçable de 19 ou 37 tubes membranaires, respectivement. La conception à canal ouvert des modules A19 et A37 leur permet de traiter des liquides à forte teneur en matières en suspension, sans colmatage et en assurant un processus NEP très efficace. Notre caractéristique unique de noyau remplaçable in situ permet des opérations de remplacement rapides, faciles et rentables. Un résumé des principales membranes utilisées pour la clarification des jus est présenté ci-dessous.

Membrane	Spécification	Rétention nominale
FPA10 ou FPS10	Ultrafiltration	100 kDa
FPA20 ou FPS20	Ultrafiltration	200 kDa
LPA450 ou LPS450	Ultrafiltration	450 kDa
LMA02 ou LMS02	Microfiltration	0.2 µm

Pour les jus de pomme uniquement, nous vous recommandons d’utiliser nos membranes UF tubulaires FPA10 ou FPS10 avec un seuil de coupure de 100 kDa. Cela permettra d’obtenir une couleur très claire du jus de pomme clarifié tout en maintenant un produit de bonne qualité, avec une faible turbidité jusqu’à un maximum de 0,5 NTU.

La membrane UF la plus couramment utilisée dans les applications de jus a un seuil de coupure de 200 kDa. Pour le traitement de jus légers, nous vous recommandons d’utiliser nos membranes d’ultrafiltration tubulaires FPA20 ou FPS20.

Pour plus de flexibilité, lors de l’utilisation de jus légers et rosés, il est possible d’utiliser des membranes UF tubulaires LPA450 ou LPS450 avec un seuil de coupure de 400-500 kDa. Ces membranes offrent de meilleures performances avec une perte de charge minimale, tout en conservant les caractéristiques organoleptiques des jus.

Pour les jus foncés, nous vous recommandons d’utiliser nos membranes MF tubulaires LMA02 ou LMS02 avec une taille nominale de pores de 0,2 μm. Elles ont une surface de membrane plus ouverte par rapport aux membranes LPA450 et LPS450. Cela permettra de conserver la couleur tout en maintenant un produit de bonne qualité, avec une faible turbidité jusqu’à un maximum de 1 NTU.

En ce qui concerne le choix des membranes, des directives détaillées sont résumées ci-dessous.

Classification des jus	Type de membrane	Avantages	Type de membrane
Clair : Pomme uniquement	FPA10 ou FPS10	Produit de haute qualité et faible turbidité maximale de 0,5 NTU	Uniquement recommandé pour le jus de pomme
Clair	FPA20 ou FPS20	Produit de haute qualité et turbidité inférieure à 1 NTU
Clair et/ou rose	LPA450 ou LPS450	Produit de haute qualité et turbidité inférieure à 1 NTU	Offre une flexibilité en termes de planification de la production lors de l’utilisation de différents types de jus
Foncé	LMA02 ou LMS02	Produit de haute qualité et faible turbidité maximum de 1 NTU

Pour certaines applications de jus, il peut être possible d’utiliser du charbon actif en poudre (CAP) avec le processus de filtration afin d’améliorer/réduire davantage la turbidité du jus (NTU).

L’application de CAP pendant la filtration du jus est spécifique au client ou au marché et la concentration et le type admissibles. La recommandation PCI est une concentration entre 0,6 et 1 g/l de Norit Ca1/Darco KBB/Aktikol FA UF. L’utilisation de CAP pour améliorer encore la turbidité du jus constitue un certain risque pour les membranes, et il est donc limité. Veuillez contacter PCI Membranes pour en savoir plus.

Bibliographie

1. Fruit Juice Market Size, Share, Trends & Forecast 2023-2028 (imarcgroup.com)

2. Marty, L.; de Lauzon-Guillain, B.; Labesse, M.; Nicklaus, S. Food choice motives and the nutritional quality of diet during the COVID-19 lockdown in France. Appetite 2021, 157, 105005.

3. Bracale, R.; Vaccaro, C.M. Changes in food choice following restrictive measures due to COVID-19. Nutr. Metab. Cardiovasc. Dis. 2020, 30, 1423–1426.

4. Heng, Yan, Marisa Zansler, and Lisa House. “Orange Juice Consumers Response to the COVID-19 Outbreak: FE1082, 06/2020.” EDIS 2020.4 (2020): 4-4.

5. Bhattacharjee, Chiranjit, V. K. Saxena, and Suman Dutta. “Fruit juice processing using membrane technology: A review.” Innovative Food Science & Emerging Technologies 43 (2017): 136-153.

6. Ağçam, Erdal, Asiye Akyıldız, and Burcu Dündar. “Thermal pasteurization and microbial inactivation of fruit juices.” Fruit juices. Academic Press, 2018. 309-339.

7. Sarbatly, Rosalam, Jamilah Sariau, and Duduku Krishnaiah. “Recent Developments of Membrane Technology in the Clarification and Concentration of Fruit Juices.” Food Engineering Reviews (2023): 1-18.

8. Charcosset, Catherine. “Classical and recent applications of membrane processes in the food industry.” Food Engineering Reviews 13.2 (2021): 322-343.