Brevet FR2873129A1 — publié le 20060120

Procédé d'extraction d'huile à partir de graines oléagineuses ou protéagineuses, incluant un traitement par décharges électriques de haute tension. Le domaine de l'invention est celui des procédés industriels d'extraction d'huile contenue dans une matière. Plus précisément, l'invention concerne un procédé d'extraction d'huile contenue dans des graines oléagineuses ou protéagineuses. Dans le domaine de l'invention, les procédés d'extraction d'huile des graines oléagineuses sont du type de ceux illustrés sous forme de diagramme par 10 la figure 1. Un tel procédé est plus particulièrement mis en oeuvre pour l'extraction mécanique (par pressage) de l'huile telle qu'elle est pratiquée sur le lin (étapes 100 à 104). Pour cette graine, deux voies sont possibles après broyagelaplatissage des 15 graines (étape 100) : - un pressage simple à froid (étape 101), à l'issue duquel l'huile extraite subit une étape de filtration (étape 102) ; un pressage double, d'abord à froid (étape 101), puis à chaud (étape 104), une étape de cuisson (étape 103) intervenant généralement entre 20 les deux pressages. En raison des qualités particulières de l'huile du lin oléagineux, la filière actuelle s'arrête à l'étape du pressage à chaud, les tourteaux gras issus de cette étape étant commercialisés en l'état (ou quasiment) pour l'alimentation animale. Dans certains cas, les tourteaux gras issus de l'étape de pressage à chaud sont traités par des unités d'extraction par solvant. Les tourteaux gras subissent alors une étape d'extraction à l'aide d'un solvant (généralement de l'hexane) à l'issue de laquelle on récupère d'une part un miscella auquel on fait subir une étape de distillation (106) et, d'autre part, des tourteaux déshuilés auxquels on fait subir une étape de toastage (107), les tourteaux déshuilés et désolvatés issus de l'étape 107 étant destinés à l'alimentation animale. Dans l'optique d'une modification génétique des graines de lin pour produire des acides gras saturés et branchés, la valorisation directe du tourteau gras devient très improbable. La rentabilité ou la filière impose alors d'extraire l'huile présente dans les tourteaux gras et de valoriser les co-produits tels que les protéines. Cette valorisation nécessite de supprimer les étapes à chaud du procédé traditionnel, telles que la cuisson, le pressage à chaud ou encore le toastage. De plus, dans un souci évident de développement durable, le recours à l'extraction classique par solvant n'est pas une voie d'avenir. En effet, la technique d'extraction par solvant de l'huile résiduelle d'un tourteau conduit à une perte de solvant de 3 à 4 litres par tonne de produit traité. Du fait des considérations environnementales actuelles, une telle perte 15 n'est évidemment pas acceptable. L' invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer un procédé d'extraction d'huile de graines oléagineuses ou protéagineuses, qui permette d'éviter le recours à un solvant néfaste à l'environnement tel que ceux utilisés dans les procédés classiques de l'art antérieur. L'invention a également pour objectif de fournir un tel procédé qui permette tant l'extraction d'huile que la valorisation des co-produits. L'invention a aussi pour objectif de fournir un tel procédé qui permette d'envisager une augmentation de la cinématique d'extraction des composés contenus dans les graines. Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel procédé qui permette d'envisager des gains énergétiques par rapport aux procédés de l'art antérieur. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints 30 grâce à l'invention qui a pour objectif un procédé d'extraction d'huile à partir de graines oléagineuses ou protéagineuses, comprenant une étape de broyage et une étape de pressage à froid à l'issue desquelles on obtient un tourteau gras, caractérisé en ce qu'il comprend: une étape de broyage suivie d'une étape de lavage dudit tourteau gras en vue de récupérer un premier résidu solide; une première étape de fractionnement dudit premier résidu solide en vue de séparer une eau concentrée en mucilage et un deuxième résidu solide; une deuxième étape de fractionnement dudit deuxième résidu 10 solide en vue de séparer une émulsion concentrée en protéines et un troisième résidu solide; une étape de traitement dudit troisième résidu solide en vue d'en extraire de l'huile, lesdites première et deuxième étapes de fractionnement incluant 15 une phase de traitement par décharges électriques de haute tension. Dans le domaine de l'invention, les mécanismes d'extraction d'huiles et de protéines à partir de graines oléagineuses ou oléo-protéagineuses restent encore mal connus en raison de la complexité de la matière première végétale. La problématique, classique en génie des procédés, est celle de la mise à disposition des molécules d'intérêt à l'intérieur de la matrice cellulaire puis de leur expulsion en utilisant soit des gradients de pression (filtration pression), soit des gradients de concentration (extraction). La température joue un rôle important en améliorant les cinétiques de transfert (diminution des viscosités et augmentation des coefficients de diffusion). L'aspect cuisson est également primordial car la coagulation des protéines à l'intérieur des tissus végétaux permet de rompre les globules lipidiques et rend disponible l'huile pour son extraction. Enfin, l'eau joue également un rôle majeur bien que mal défini: il existe en général une teneur en eau optimale pour faciliter l'extraction. Le procédé selon l'invention propose une rupture avec les procédés précédents. En effet, si une partie pressage à froid est conservée pour des raisons économiques (la pression est une opération mécanique peu consommatrice d'énergie et permet d'obtenir une huile de première pression à froid d'excellente qualité), le procédé selon l'invention vise à solubiliser ou à émulsionner le contenu cellulaire en perméabilisant les tissus et en provoquant une agitation intense à l'échelle microscopique. On obtient ainsi un jus cellulaire qu'il faut ensuite craquer pour séparer 10 l'eau, l'huile et les substances solubles telles que les protéines et les glucides (y compris les mucilages). En d'autres termes, l'ensemble des effets créés par les phases de traitement par décharges électriques haute tension cause une désagrégation fine des particules et l'activation de transferts massiques, ce qui permet d'extraire des composés biologiques. On note que le procédé selon l'invention ne recourt aucunement aux solvants néfastes pour l'environnement tels que ceux utilisés dans les procédés d'extraction par solvants traditionnels. Au-delà des aspects environnementaux et énergétiques, un autre avantage du procédé selon l'invention réside dans sa robustesse vis-à-vis de la qualité de la matière première traitée (teneur en huile, teneur en eau, taille des particules, température initiale). Alors que les paramètres précédemment cités influencent fortement les performances des procédés de pressage et d'extraction par solvant, le procédé décrit basé sur l'application des décharges électriques dans une phase aqueuse permet de broyer et d'homogénéiser la matière traitée. Un aspect important de la technique selon l'invention réside dans la création d'un arc électrique dans l'eau lors des phases de fractionnement. Le dégagement très rapide d'énergie d'un condensateur électrique crée de hautes pressions et de hautes températures dans le canal plasmique de décharge. L'élargissement rapide des canaux de plasma, les gradients locaux de température et les propriétés non-élastiques du liquide qui provoquent la formation d'ondes de choc, produisent des résultats optimisés vis-à-vis des fractionnements successifs de la matière traitée. Selon une solution préférée, ladite étape de traitement dudit troisième 5 résidu solide comprend une phase de digestion enzymatique. Dans ce cas, ladite phase de digestion enzymatique est préférentiellement suivie d'une mise en émulsion dudit troisième résidu digéré puis d'une phase de séparation membranaire à l'issue de laquelle ladite huile est extraite. On tend de cette façon à augmenter le taux d'extraction d'huile contenue 10 dans le résidu solide traité. Selon une solution avantageuse, le procédé comprend une étape de flottation centrifuge d'une émulsion pauvre en mucilage récupérée à l'issue de ladite étape de lavage. On optimise ainsi la récupération d'un des composés de la matière 15 première traitée. Préférentiellement, le procédé comprend une étape de séparation membranaire de ladite émulsion chargée en protéines. De cette façon, on peut encore augmenter le taux d'extraction de l'huile contenue dans la matière première traitée. Selon un mode de réalisation préférentiel, lesdits premier et deuxième résidus sont mis en solution avec de l'eau dans un rapport eau/tourteau de 10/1 en masse. Un tel rapport tend à optimiser l'action des décharges électriques, tout en limitant les quantités d'eau utilisées. Avantageusement, le procédé comprend une étape de suspension dudit premier résidu et/ou dudit deuxième résidu dans une émulsion destinée à subir une étape de centrifugation. Selon une solution avantageuse, lesdites décharges électriques présentent une tension comprise entre environ 30 kV et 50 kV. Préférentiellement, lesdites décharges électriques présentent une tension d'environ 40 kV. Préférentiellement, lesdites décharges électriques sont produites à une fréquence d'environ 0,5 Hz à 10 Hz. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 illustre sous la forme d'un diagramme un procédé d'extraction d'huile de graines oléagineuses selon l'art antérieur; la figure 2 illustre sous la forme d'un diagramme un mode de réalisation préférentiel d'un procédé d'extraction d'huile de graines oléagineuses selon l'invention; la figure 3 est un exemple d'enregistrement du voltage et de l'intensité 15 des décharges électriques produites au cours du procédé selon l'invention; la figure 4 est une vue schématique d'une chambre de traitement pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. En référence à la figure 2, selon un mode de réalisation de l'invention, les graines oléagineuses subissent une étape 20 de broyage et une étape 21 de pressage à froid connues en soi, à l'issue desquelles on récupère d'une part de l'huile destinée à être filtrée lors d'une étape 22 et, d'autre part, un tourteau gras. Selon une première phase du procédé selon l'invention, les tourteaux gras récupérés après pressage à froid sont broyés (étape 23) puis lavés (étape 24), suite à quoi on récupère un résidu solide et une émulsion sans mucilage (ou pauvre en mucilage) à laquelle on fait subir une flottation centrifuge (étape 240) visant à en extraire l'huile. Selon une deuxième phase du procédé selon l'invention, le résidu solide issu de l'étape 24 de lavage subit une première étape de fractionnement. Selon le présent mode de réalisation, on met le résidu solide en solution avec de l'eau dans un rapport de poids eau/tourteau de 10 pour 1 (par exemple), cette solution étant introduite dans une chambre de traitement (explicitée plus en détail par la suite) dans laquelle la solution est soumise à des décharges électriques de haute tension (étape 25). Le traitement par décharges électriques est constitué d'une série de décharges réalisées à une fréquence de 0,5 Hz à 10 Hz. Le générateur électrique qui alimente la chambre de traitement génère des décharges de plusieurs dizaines de kilovolts (par exemple 40 kV) avec un courant 10 de plusieurs milliers d'ampères (par exemple 5 kA). La forme des impulsions de tension et de courant est classiquement celle d'une sinusoïde amortie (figure 3). La durée d'une impulsion est de quelques microsecondes à quelques dizaines de microsecondes. La solution est ensuite mise en suspension dans une émulsion (étape 26) en vue de subir une centrifugation (étape 27) conduisant à l'obtention d'une eau avec mucilage (à laquelle on applique une étape 28 de concentration pour obtenir une solution concentrée en mucilage à laquelle on peut faire subir une étape supplémentaire de déshydratation en vue d'obtenir une poudre) et un deuxième résidu solide. Selon une troisième phase du procédé selon l'invention, le deuxième résidu solide subit une deuxième étape de fractionnement, se décomposant selon le présent mode de réalisation en une étape 29 de traitement par décharges électriques haute tension, une étape 30 de mise en suspension dans une émulsion et une étape 31 de centrifugation. A l'issue de cette étape 31, on récupère un troisième résidu solide et une émulsion contenant des protéines à laquelle on fait subir une étape 35 de séparation membranaire conduisant à l'obtention d'huile et d'une solution concentrée en protéines (à laquelle on peut faire subir une étape supplémentaire de déshydratation en vue d'obtenir une poudre). Selon une quatrième phase du procédé selon l'invention, le troisième résidu solide subit un traitement d'extraction d'huile comprenant préférentiellement une digestion enzymatique (étape 32), le digestat étant mis en suspension dans une émulsion (étape 33) avant de subir une étape de séparation membranaire (étape 34) conduisant à la récupération d'huile et à la production d'un résidu ultime formant déchet. On note que la composition des différentes fractions (issues des étapes de fractionnement) peut être ajustée en faisant varier les paramètres du procédé (nombre de décharges, voltage, intensité, température). Par exemple, pour des impulsions de 40 kV à température ambiante, la phase d'extraction des mucilages (première étape de fractionnement) est essentiellement réalisée entre 80 et 250 impulsions. La deuxième étape de fractionnement sera alors réalisée entre 250 et 1000 impulsions. La teneur en eau est également ajustable avant chacune des opérations d'extraction. Entre chaque opération des opérations de lavage des fractions peuvent être réalisées pour faciliter l'obtention d'un type de molécule particulier. La figure 4 présente la cellule d'extraction dans laquelle est placée la matière première qui doit subir le traitement par décharges électriques. Est présentée ici une cellule de traitement discontinu qui peut être remplacée, selon d'autres modes de réalisation envisageables, par une cellule de traitement dans laquelle est assuré un débit semi-continu ou continu de la matière première. Une telle chambre est constituée d'une enceinte 41 fermée hermétiquement par un couvercle 42 dans lequel est ménagé un circuit d'aération 421. Une électrode pointe 43 est introduite dans l'enceinte au travers du couvercle de façon à venir en regard d'une électrode plan 44 placée à la base d'enceinte 44 couplée à un circuit électrique par l'intermédiaire d'une base métallique. Les électrodes 43, 44 reliées à un générateur haute tension sont aussi susceptibles de produire des décharges dans une solution aqueuse 45 présente dans la chambre. Une telle chambre est instrumentée par des capteurs de courant électrique 5 et de tension, ainsi que par un logiciel de pilotage. REVENDICATIONS 1. Procédé d'extraction d'huile à partir de graines oléagineuses ou protéagineuses, comprenant une étape de broyage et une étape de pressage à froid à l'issue desquelles on obtient un tourteau gras, caractérisé en ce qu'il comprend: une étape de broyage suivie d'une étape de lavage dudit tourteau gras en vue de récupérer un premier résidu solide; une première étape de fractionnement dudit premier résidu solide en vue de séparer une eau concentrée en mucilage et un deuxième résidu solide; une deuxième étape de fractionnement dudit deuxième résidu solide en vue de séparer une émulsion concentrée en protéines et un troisième résidu solide; une étape de traitement dudit troisième résidu solide en vue d'en extraire de l'huile, lesdites première et deuxième étapes de fractionnement incluant une phase de traitement par décharges électriques de haute tension. 2. Procédé d'extraction d'huile selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de traitement dudit troisième résidu solide comprend une phase 20 de digestion enzymatique. 3. Procédé d'extraction d'huile selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite phase de digestion enzymatique est suivie d'une mise en émulsion dudit troisième résidu digéré puis d'une phase de séparation membranaire à l'issue de laquelle ladite huile est extraite. 4. Procédé d'extraction d'huile selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de flottation centrifuge d'une émulsion pauvre en mucilage récupérée à l'issue de ladite étape de lavage. 10 15 5. Procédé d'extraction d'huile selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de séparation membranaire de ladite émulsion chargée en protéines. 6. Procédé d'extraction d'huile selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième résidus sont mis en solution avec de l'eau dans un rapport eau/tourteau de 10/1 en masse. 7. Procédé d'extraction d'huile selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de suspension dudit premier résidu et/ou dudit deuxième résidu dans une émulsion destinée à subir une étape de centrifugation. 8. Procédé d'extraction d'huile selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdites décharges électriques présentent une tension comprise entre environ 30 kV et 50 kV. 9. Procédé d'extraction d'huile selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites décharges électriques présentent une tension d'environ 40 kV. 10. Procédé d'extraction d'huile selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdites décharges électriques sont produites à une fréquence d'environ 0,5 Hz à 10 Hz.