Introduction : L'augmentation des substituts du lait à base végétale

Le marché du lait à base de plantes a connu une croissance explosive au cours de la dernière décennie, sous l'impulsion de la demande des consommateurs pour des boissons sans lactose, végétaliennes et écologiquement durables. Les laits d'amande, de soja, d'avoine, de noix de coco et de riz occupent maintenant une place importante dans les supermarchés du monde entier, avec des valeurs mondiales supérieures à 40 milliards de dollars d'ici 2030. Bien que les produits liquides réfrigérés et à plateau plat demeurent les formats les plus connus, un segment parallèle de laits à base de plantes en poudre est devenu tranquillement essentiel pour le service alimentaire, la fabrication d'ingrédients et la préparation aux urgences.

Qu'est-ce que le séchage par pulvérisation?

Le séchage par pulvérisation est un processus de déshydratation continue qui convertit un aliment liquide, qu'il s'agisse d'une solution, d'une émulsion ou d'une suspension, en poudre sèche en évaporation rapide du solvant (habituellement de l'eau) à l'aide de gaz chauds. Le processus comporte trois étapes fondamentales : l'atomisation, le contact avec les gouttelettes et la séparation de la poudre. Premièrement, le aliment liquide est brisé en gouttelettes fines, généralement de 10 à 200 micromètres de diamètre, soit à l'aide d'une buse à pression, d'un atomiseur rotatif ou d'une buse à deux fluides.

La technologie a été brevetée au début du XXe siècle et a pris de l'importance durant la Seconde Guerre mondiale pour la production de lait en poudre et de café instantané. Aujourd'hui, elle est l'une des méthodes de séchage industriel les plus utilisées dans les industries alimentaire, pharmaceutique et chimique. Selon GEA Group, un fabricant de premier plan de sécheuses à vaporisateurs, les installations modernes peuvent traiter des milliers de litres par heure tout en conservant un contrôle précis sur la taille des particules, la densité en vrac et la teneur en humidité.

Matières premières et prétraitement: de la plante à la base liquide

Avant que le séchage par pulvérisation ne puisse se produire, il faut préparer la base de lait à base de plantes. La matière première de départ varie considérablement selon le type de produit, et chaque source de plantes présente des défis et des possibilités uniques dans le processus de séchage.

Lait d'amande

Le lait d'amande est produit par broyage d'amande blanchie avec de l'eau, suivi d'une filtration pour éliminer le résidu solide (okara). Le liquide résultant contient environ 2 à 4 % de solides, principalement composés de graisses émulsifiées, de protéines et de glucides. Le lait d'amande a une teneur en gras relativement élevée, ce qui peut causer des problèmes d'oxydation lors du séchage par pulvérisation.

Lait de soja

Le lait de soja, un aliment traditionnel dans les cuisines d'Asie de l'Est, est fabriqué en trempant, broyant et en cuisinant du soja entier, puis en filtrant la fibre insoluble. Le lait de soja contient environ 3,5 à 5 % de protéines, 1,5 à 2 % de graisses et 2 à 3 % de glucides. La teneur élevée en protéines rend le lait de soja particulièrement adapté au séchage par pulvérisation, car les protéines contribuent à la structure des particules et à l'encapsulation.

Lait d'avoine

Le lait d'avoine a gagné en popularité en raison de sa texture crémeuse et de son profil de durabilité. Il est produit par hydrolyse enzymatique de la farine d'avoine, en décomposeant les amidons en sucres solubles et oligosaccharides. Cette teneur élevée en glucides (6 à 8 % dans le liquide) présente des défis lors du séchage par pulvérisation parce que les sucres sont hygroscopiques et peuvent causer du cokéfaction et de la collants.

Autres sources : noix de coco, riz et pois

Le lait de coco, avec sa teneur élevée en matières grasses (jusqu'à 20% en versions pleines de matières grasses), produit des poudres qui nécessitent un contrôle de température soigneux pour éviter la séparation des graisses et la rancidité. Le lait de riz, naturellement mince et faible en solides, nécessite souvent une concentration par évaporation avant le séchage par pulvérisation et bénéficie fréquemment de l'ajout d'amidons ou de maltodextrine.

Le procédé de séchage par pulvérisation dans la production de lait à base végétale

Préparation et concentration des aliments pour animaux

Le séchage direct par pulvérisation de ces liquides dilués est économiquement prohibitif en raison de l'énergie massive nécessaire pour évaporer l'excès d'eau. Par conséquent, l'alimentation est d'abord concentrée en utilisant l'évaporation multi-effets ou l'osmose inverse pour obtenir 30 à 50% de solides totaux. Cette étape de concentration améliore également l'efficacité du sécheur à vaporisation et affecte les propriétés de poudre telles que la densité en vrac et la morphologie des particules.

Atomisation : créer la gouttelette idéale

L'atomisation est l'étape la plus critique pour déterminer la qualité finale de la poudre. Trois types principaux d'atomiseur sont utilisés dans le séchage à base de lait à base de plantes:

  • Buses de pression:[ L'alimentation est forcée par un petit orifice à haute pression (10–50 MPa), créant un vaporisateur de fines gouttelettes. Cette méthode produit des poudres à forte densité de vrac et est économe en énergie, mais elle est sensible à la viscosité de l'alimentation et peut causer une usure de la buse avec des boues abrasives comme le lait de riz.
  • Atomiseurs rotatifs:[ L'alimentation est alimentée sur un disque tournant à 10 000–25 000 tr/min. Les forces centrifuges brisent le liquide en gouttelettes. Les atomiseurs rotatifs manipulent des débits d'alimentation élevés et les visqueux se nourrissent bien, ce qui les rend communs à la production de lait d'avoine et de soja.
  • On utilise de l'air ou de la vapeur comprimé pour ciser le liquide en gouttelettes. Bien qu'ils offrent un excellent contrôle sur la taille des gouttelettes, ces buses ont un débit inférieur et une consommation d'énergie plus élevée, limitant leur utilisation à des applications spécialisées ou à faible volume.

La distribution de la taille des gouttelettes a un impact direct sur la cinétique du séchage, la morphologie des particules et le comportement de réhydratation. Les fabricants de séchage par pulvérisation comme Buchi fournissent des conseils détaillés sur la sélection des buses pour différents matériaux d'alimentation.

La chambre de séchage : évaporation et formation de particules

Une fois atomisées, les gouttelettes entrent dans la chambre de séchage où elles entrent en contact avec un flux de gaz chaud à courant mixte ou à contre-courant. Le débit de co-courant, où le gaz de séchage et les gouttelettes se déplacent dans la même direction, est presque universellement préféré pour les laits végétaux sensibles à la chaleur, car les gouttelettes subissent la température la plus élevée à l'entrée mais se refroidissent rapidement à mesure que l'humidité s'évapore, empêchant ainsi la dégradation thermique. Le temps de séjour dans la chambre est généralement de 10 à 30 secondes. Au cours de ce bref intervalle, plusieurs phénomènes se produisent simultanément : l'eau s'évapore de la surface des gouttelettes, les solutés se concentrent à la surface formant une peau ou une croûte, et la particule peut souffler ou se rétrécir selon les conditions de séchage.

Collecte de poudre et séchage secondaire

Les Cyclones sont la méthode de séparation primaire la plus courante, utilisant la force centrifuge pour déposer la poudre dans les trémies. Les filtres à sacs ou les précipitateurs électrostatiques servent de systèmes de collecte secondaires pour capturer les particules ultrafines et minimiser la perte de produit.De nombreuses installations modernes comprennent un système de séchage par lit fluidisé attaché à la sortie de la chambre. Ce deuxième stade de séchage utilise de l'air à basse température pour réduire davantage la teneur en eau, refroidir la poudre et permettre l'agglomération — le regroupement intentionnel de particules fines dans des granules plus grands et plus poreux.

Principaux attributs de qualité des poudres de lait séchées à base de spray

Teneur en eau et activité hydrique

La teneur en eau est le paramètre de qualité le plus important pour la stabilité des poudres. Les poudres de lait à base végétale sont généralement séchées à 2 à 4 % d'humidité, ce qui correspond à une activité hydrique (aw) inférieure à 0,3. À ce niveau, la croissance microbienne, les réactions enzymatiques et le brunissement non enzymatique sont effectivement arrêtés.

Taille des particules et densité de vrac

La distribution de la taille des particules affecte la fluidité, la poussière et le comportement de réhydratation. Les poudres fines (<50 μm) présentent un faible débit et un risque élevé d'explosion de poussières, alors que les poudres trop grossières ne se reconstitueront pas uniformément. La densité en vrac, mesurée comme la masse de poudre par unité de volume, influe sur les coûts d'emballage et l'efficacité de stockage.

Réhydratation et solubilité

La réhydratation implique à la fois l'humidification (pénétration de l'eau dans le lit de poudre) et la dispersion (éclatement des agglomérés en particules individuelles) suivie par la dissolution de composants solubles. Les poudres de lait à base végétale contiennent souvent des fibres insolubles et des globules graisseuses qui compliquent la reconstitution complète. L'addition de lécithine, l'aglomération et le contrôle minutieux de la porosité des particules sont des stratégies communes pour améliorer les propriétés instantanées.

Nutrition et maintien sensoriel

Les vitamines solubles dans le gras A et D, généralement ajoutées aux laits végétaux pour l'enrichissement, présentent des taux de rétention élevés (85–95 %) lorsque les paramètres de transformation sont optimisés. Les vitamines solubles dans l'eau comme le B12 et la riboflavine sont également bien conservées en raison de l'exposition à la chaleur courte. Cependant, les composés arômes volatils, responsables des notes souhaitables d'amande, d'avoine ou de noix de coco, peuvent être partiellement perdus pendant le séchage.

Défis et solutions pour le séchage par pulvérisation de laits végétaux

Stickness et hygroscopie

De nombreux composants du lait à base végétale, en particulier les sucres (sucrose, glucose, fructose) et les acides organiques, ont de faibles températures de transition du verre. Au cours du séchage par pulvérisation, ces matériaux peuvent exister à l'état caoutchouteux à la surface des particules, ce qui entraîne une collance et des dépôts sur les parois de la chambre.

Oxydation et rancidité des graisses

Les laits végétaux à forte teneur en matières grasses non saturées, notamment les amandes, les noix de coco et certains laits de noix, sont sensibles à l'oxydation des lipides pendant le séchage et le stockage subséquent. La surface élevée des particules séchées par pulvérisation expose les graisses à l'oxygène, accélérant la rancissement. La microencapsulation des graisses dans une matrice de protéines et de glucides peut assurer une protection. L'utilisation de l'azote comme gaz de séchage au lieu de l'air (séchage par pulvérisation inerte) est une autre approche efficace, bien qu'elle ajoute des coûts opérationnels.

Sécurité microbiologique

Bien que le séchage par pulvérisation ne soit pas une étape de pasteurisation — il ne tue pas de façon fiable les agents pathogènes — la combinaison de températures d'entrée élevées et d'une faible activité hydrique dans le produit final offre une sécurité microbienne importante. La pasteurisation préalable de l'aliment liquide est essentielle, généralement en utilisant un traitement à basse température (HTST) à 72-85°C pendant 15-30 secondes. Les bactéries qui forment des spores, comme Bacillus cereus, peuvent survivre au processus de séchage et présenter un risque si la poudre est réhydratée et maintenue à des températures inadéquates.

Utilisation de poudres de lait séchées à base de plantes pulvérisées

Bien que la reconstitution des ménages pour l'utilisation des boissons soit l'application la plus visible, les poudres de lait de plantes séchées par pulvérisation remplissent une gamme variée de fonctions industrielles et de services alimentaires :

  • Bakery and confisery: Les poudres de lait à base de plantes offrent des solutions de rechange sans lait pour les gâteaux, les biscuits et les produits au chocolat. Leur faible activité hydrique prolonge la durée de conservation, tandis que leur teneur en protéines contribue au brunissement et à la structure.
  • Les suppléments nutritionnels et sportifs :[ Les poudres de lait de pois et de soja sont considérées comme des sources de protéines dans les mélanges de substituts de repas, de barres protéiques et de boissons en poudre.
  • Coffe crèmes:[ Les poudres de lait de coco et d'avoine sont de plus en plus utilisées comme poudres de crèmes amies des baristas qui moussent et se dissolvent bien dans le café chaud.
  • Formule pour nourrissons:[ Les préparations pour nourrissons à base de soja reposent fortement sur le séchage par pulvérisation pour produire une poudre microbiologiquement sûre, nutritive et facilement réhydratable. Le processus doit respecter des normes réglementaires rigoureuses pour la rétention des nutriments et la taille des particules.
  • Aide alimentaire d'urgence:[ La légèreté et la stabilité des tablettes de laits de plantes en poudre les rendent utiles pour les programmes alimentaires humanitaires où la réfrigération et le transport sont limités.

Durabilité et efficacité énergétique

Le séchage par pulvérisation est un procédé à forte intensité énergétique, qui consomme environ 4 000 à 6 000 kJ par kilogramme d'eau enlevée. Ce coût énergétique représente une part importante des dépenses totales de production de poudres de lait à base de plantes. Cependant, plusieurs stratégies peuvent améliorer l'efficacité. Les systèmes de séchage à plusieurs étapes qui combinent le séchage par pulvérisation et la finition par lit fluidisé réduisent la consommation énergétique totale de 15 à 30 % par rapport aux systèmes à simple passage. La récupération de chaleur à partir des gaz d'échappement, à l'aide d'échangeurs de chaleur pour préchauffer l'air d'entrée, améliore encore l'équilibre énergétique.

Tendances et innovations futures

La technologie continue d'évoluer en réponse à la demande du marché et aux pressions de durabilité.Une tendance majeure est le développement de particules multifonctionnelles séchées par pulvérisation qui encapsule probiotiques, enzymes ou peptides bioactifs pour la santé intestinale et les avantages de l'immunité. La microencapsulation par séchage par pulvérisation est déjà établie pour les acides gras oméga-3 et les probiotiques, et la même approche est en cours d'adaptation pour les laits végétaux. Une autre innovation est l'utilisation de systèmes de séchage hybrides qui combinent le séchage par pulvérisation avec l'énergie micro-ondes ou infrarouge, offrant un séchage plus rapide à des températures plus basses de gaz.

Conclusion

Le séchage par pulvérisation est bien plus qu'une simple étape de déshydratation dans la production de lait à base végétale; c'est un processus sophistiqué et hautement compatible qui détermine directement la qualité de la poudre, la rétention nutritionnelle et la viabilité économique.La sélection et le prétraitement minutieux des matières végétales par le contrôle précis de l'atomisation, du séchage des gouttelettes et de la collecte des poudres exigent une ingénierie et une compréhension scientifique minutieuses.La capacité de produire des poudres stables, instantanées et nutritives provenant d'un éventail diversifié de sources végétales, amandes, soja, avoine, noix de coco, etc., a ouvert de nouveaux marchés et des applications qui dépassent largement la catégorie du lait liquide.