L’importance de la chaleur dans la production de glucose

Plus de 15 millions de tonnes métriques de glucose sont produites chaque année dans le monde pour être utilisées dans la fabrication de produits alimentaires et de boissons, dans les secteurs pharmaceutique et cosmétique, dans l’industrie textile, dans la fabrication d’adhésifs, ainsi que dans de nombreuses autres applications. La chaleur joue un rôle important à différentes étapes du processus de fabrication, chaque phase présentant des exigences spécifiques en matière de température. Par conséquent, les échangeurs de chaleur à tubes ondulés et à surface raclée sont parfaitement adaptés pour améliorer l’efficacité énergétique dans la production de glucose.

Le marché mondial du glucose représente environ 58 milliards de dollars américains¹, dont un peu moins de la moitié est destinée à la production d’aliments et de boissons. D’ici 2034, ce marché pourrait atteindre une valeur estimée à 87,7 milliards de dollars américains, porté par une tendance en faveur des ingrédients « clean label » et par une utilisation accrue dans le secteur pharmaceutique (qui représente actuellement environ 32 % du marché total).

 

Matériau et utilisations

Le glucose (dextrose) est un sucre simple (un monosaccharide de formule C₆H₁₂O₆) qui est généralement obtenu par hydrolyse de produits amylacés tels que le maïs, le blé, les pommes de terre ou le tapioca. Il se caractérise par une bonne solubilité dans l’eau, une viscosité élevée et une bonne hygroscopicité. En biologie humaine, le glucose est l’unité fondamentale de l’énergie et intervient dans de nombreux processus. On le trouve à l’état naturel dans le miel et les fruits, tels que les raisins.

Bien qu’il soit principalement utilisé comme ingrédient et édulcorant dans la fabrication de produits alimentaires et de boissons, le glucose liquide est également largement utilisé dans un large éventail d’autres industries et secteurs. Dans le domaine pharmaceutique, il peut servir de liant pour les comprimés, de base pour les sirops contre la toux et dans les perfusions intraveineuses. Il est également utilisé dans le tannage du cuir, l’industrie textile, la fabrication du papier, la formulation d’adhésifs, les cosmétiques, l’alimentation animale, les biocarburants et la transformation du tabac.

 

Glucose destiné à l’alimentation

Le glucose de qualité alimentaire doit répondre à des normes de sécurité strictes et trouve de multiples applications dans le secteur agroalimentaire : il sert notamment d’édulcorant, permet de maintenir l’hydratation, régule la fermentation, apporte une énergie rapidement assimilable, empêche la cristallisation du sucre, préserve la texture et prolonge la durée de conservation. Des boissons énergisantes au pain, des confiseries et du chocolat à la crème glacée, des jus de fruits aux gâteaux, du vin à la confiture, le glucose est l’un des ingrédients alimentaires les plus courants au monde.

Le glucose de qualité alimentaire est généralement fourni et utilisé sous l’une des trois formes suivantes. Le glucose anhydre est une poudre blanche fine qui ne contient aucune molécule d’eau, mais qui est hygroscopique et a tendance à s’agglomérer. Le glucose monohydraté contient environ 9 % d’eau et présente une structure cristalline plus fluide. Le glucose liquide est un sirop clair et sucré contenant davantage d’eau, ce qui le rend plus facile à manipuler en tant que produit liquide ou semi-liquide. Le pouvoir sucrant et les propriétés fonctionnelles du glucose sont déterminés par l’équivalent dextrose (ED), qui mesure le degré de dégradation de l’amidon : plus l’ED est faible, plus la teneur en sucres complexes peut être élevée.

Bien que ces termes soient souvent utilisés de manière interchangeable, le glucose liquide pur peut différer du sirop de glucose, qui peut contenir d’autres substances et sucres, tels que le fructose. Le sirop de glucose est souvent moins sucré que le glucose liquide, mais peut présenter d’autres avantages pratiques en termes d’utilisation et de manipulation.

 

Le rôle de la chaleur dans la production de glucose

La chaleur joue un rôle important à différentes étapes de la fabrication du glucose, et chaque étape du processus de production est soumise à des exigences spécifiques en matière de température (par exemple, l’étape de saccharification, au cours de laquelle les sucres complexes sont décomposés en saccharose, se déroule généralement entre 55 °C et 60 °C). Le dépassement de ces températures spécifiées peut affecter le rendement et l’efficacité du procédé, et altérer la qualité et la pureté du produit fini.

La majeure partie de la production de glucose commence par le nettoyage, le broyage, puis le chauffage de la matière première afin de rompre les liaisons intermoléculaires de l’amidon en vue de l’hydrolyse. Par la suite, le sirop dilué est souvent évaporé afin d’augmenter la concentration en matières sèches avant utilisation ou avant un séchage et un traitement supplémentaires. Selon la matière première et la méthode de production, le sirop de glucose peut également nécessiter une pasteurisation ou une stérilisation avant d’être utilisé dans des applications alimentaires, de boissons ou pharmaceutiques. Des échangeurs de chaleur peuvent être utilisés à toutes ces étapes, ainsi que pour refroidir le produit entre les étapes ou après l’évaporation finale ou la pasteurisation. Le recours à la récupération de chaleur aux différentes étapes de production permet également d’accroître l’efficacité opérationnelle et de réduire les coûts liés à l’énergie thermique.

La viscosité du sirop de glucose et des solutions de glucose peut varier considérablement et dépend d’un certain nombre de facteurs, notamment la température et la concentration. C’est pourquoi il est essentiel de choisir un échangeur de chaleur capable de supporter cette viscosité sans s’encrasser, tout en assurant un transfert de chaleur efficace et complet. À titre d’exemple, le sirop de glucose peut présenter des viscosités comprises entre 4 300 et 10 000 cP (mPa·s) à température ambiante, tandis que les solutions aqueuses diluées de glucose vont de très fluides (un peu plus de 1 cP) à modérément visqueuses (~50 cP).

 

Choisir l’échangeur de chaleur adapté à la fabrication du glucose

Lorsque les sirops et solutions de glucose nécessitent une pasteurisation ou une stérilisation, un échangeur de chaleur hygiénique à tubes multiples ondulés en acier inoxydable, tel que celui de la série HRS MI, constitue la solution idéale. La conception à tubes ondulés améliore le transfert thermique et le rendement par rapport aux tubes lisses, mais surtout, elle réduit au minimum l’encrassement causé par ce produit modérément visqueux. Dans la série MI, la solution de glucose circule dans le tube intérieur, tandis que le fluide de service circule dans la chemise qui l’entoure. Parallèlement, des soufflets de dilatation absorbent les différences de dilatation thermique entre les deux.

Lorsque le procédé implique des matières plus visqueuses (par exemple, le traitement de sirops de glucose ou la concentration de solutions de glucose par évaporation), il peut s’avérer nécessaire d’utiliser un échangeur de chaleur à surface raclée, tel que la série HRS R. Non seulement cela empêche l’encrassement du produit sur la surface des tubes et assure le mélange du glucose tout au long du processus, contribuant ainsi à prévenir la cristallisation, mais cela réduit également la perte de charge sur toute la longueur de l’échangeur de chaleur, ce qui diminue les coûts énergétiques et d’exploitation liés au pompage.