TRANSFORMATION DE LA BETTERAVE SUCRIERE SUTA LES 19 ET 20 / 03 / 2009

COSUMAR Driss Karim

Date de mise jour : 10/03/20091

Plan Chapitre 1 : Matire premire et rappels 1-1 Introduction 1-2 Composition chimique de la betterave sucrire 1-3 Schma succinct du process sucrerie de betterave 1-4 Chimie sucrire 1-5 Proprits physiques du sucre 1-6 Proprits chimiques du sucre 1-7 Microbiologie en sucrerie 1-8 Valeur technologique de la betterave sucrire et les conditions dextraction du sucre, voir chapitre process. Chapitre 2 : PROCESS 2-1 Centre de rception 2-2 Stockage et lavage 2-3 Dcoupage diffusion et pressage pulpe 2-4 Schage pulpe 2-5 Epuration - Dcalcification 2-6 Four chaux 2-7 Evaporation centrale chaufferie 2-8 Cristallisation 2-9 Schage et conditionnement sucre 2-10 Pains mouls

N page 39 10 15 16 et 17 18 29 30 44 45 et 46 47et 48 49 57

58 68 69 80 81 101 102 105 106 129 130 138 139 146 147 164 165 174 175et 176

ANNEXES : 1- Etude comparative de la valeur alimentaire de pulpe sche de la betterave sucrire, pour la production du lait. Pages 177 et 178. 2- Utilisation des cumes obtenues aprs lpuration des jus, comme amendement calcique des terres. Pages 179 et 180.

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1-1 INTRODUCTION Le sucre saccharose est extrait lchelle industrielle, de la canne sucre et de la betterave sucrire. Ces plantes possdent la particularit davoir comme glucide de rserve le saccharose, rsultant de la synthse chlorophyllienne, qui consiste transformer lnergie lumineuse en nergie chimique (photosynthse : linverse de la fonction de respiration), et de le stocker sous forme de solution aqueuse dans les cellules, sans en modifier la composition. Ces plantes accumulent le sucre, au niveau de la tige pour la canne sucre et au niveau de la racine pour la betterave sucrire.

II. P la n te s s ur e s c ri

C an n e su c re

B ett erav e su c ri re

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Equations de formation des glucides6n CO2 Gaz carbonique 6 CO2 C6H12O6 Glucose + + + 5n H2O + h (C6H10O5) n + 6O2 Amidon C6H12O6 + 6 O2 + Oxygne

Eau et + Lumire Sels minraux 6 H2O + Energie + Lumire

+ C6H12O6 + Fructose

C12H22O11 + H2O Saccharose + Eau

En gnral : dioxyde de carbone + eau et substances minrales dissoutes + nergie lumineuse, donnent des composs organiques + oxygne

La canne sucre tait la premire plante sucrire, connue et utilise ds la plus haute antiquit par les habitants du golf du Bengale. Vers 510 avant Jsus-christ, les perses, dcouvrent et apprcient le roseau qui donne du miel sans le concours des abeilles. Lextraction du sucre partir de la betterave a commenc partir de 1747, grace un chimiste allemand, Andr Marggraf. Et ce nest qu partir du blocus continental 1800 1811 que la betterave commence rivaliser avec le sucre de la canne. Benjamin Delessert russit le premier clarifier le sucre de betterave. Immdiatement prvenu par Chaptal, Napolon se rend au village de Passy, le 2 janvier 1812, pour visiter la fabrique de Delessert. Enthousiasm, lEmpereur dcroche sa propre lgion dhonneur pour dcorer Delessert. Actuellement la canne sucre reprsente plus que 75 % de la production mondiale. La consommation mondiale en kg/habitant/an est de 21 (2006 : source CEDUS). Le Maroc consomme 32 kg/habitant et par an.

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Les rendements lhectare de chaque plante dpendent des varits, des conditions copdologiques et des techniques culturales. Voir ci-dessous pour exemples: Tolrance des cultures aux sels, graphe sur la production en fonction de la salinit du sol. Composition moyenne dune eau dirrigation (oued oum rbii pont RP9 doukkala 1982) Elments dvaluation du sol. Appellations pdologiques usuelles des sols (SCET 1975 - Zemamra- Gharbia)

Eau dirrigation Unit cations mesure Ca++ Mg++ mq / l mg / l 3.0 60 5.7 69.3 Na+ K+ total Anions ClSO4-CO3 HCO3-CE pH mmhos /cm 25 C 18.55 1.66 7.93 789.4 total

9.3 0.12 18.12 11.25 3.3 0.4 3.6 213.9 4.7 347.9 399.4 158.4 12.0 219.6

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Elments de classification des sols Humidit Capacit Matire N P2O5 K2O Equivalente d'change Organique total en % mq %gr % % de sol total assimilable total assimilable 40 >6 > 0.3 >3 >0.8 >8 >0.9 0.15 0.30 1.5 -3 0.30 0.80 48 0.30 0.90 0.1 0.15 0.5 1.5 0.10 0.30 24 0.15 0.30 0.05 0.1 0.2 0.5 0.05 0.10 12 0.05 0.15 < 0.05 < 0.2 < 0.05 15 C, ajouter 0.05 Baum / C) Baum 15C = Baum TC + 0.05 x (TC 15). Brix poids = (Baum - 2,3) x 2

143,5 Densit (15C / 4C) = -----------------------143,5 - Baum Densit du jus en fonction du brix (B) et de la temprature (TC) : d jus B (B + 200) 0.036 (TC - 20) = [1 + ------------------ ] * [1 - -------------------------- ] 54000 160 - TC

A.N : Brix dune masse cuite MC : MC = Cristaux + Sucre dissous + Non sucre + Eau La MC est dilue 2 fois pour mettre les cristaux en solution, (le rfractomtre donne la matire sche en solution), soit 52 gr de MC + 52 gr deau distille chaude 85- 90C. Aprs dissolution par agitation, rajuster le poids 104 gr avec de leau distille froide. Lchantillon est mis la temprature ambiante et pass au rfractomtre avec compensation de temprature 20 C. Lecture rfractomtre : 48 Brix = 48 x 2 = 96 gr de MS % gr de MC. (2 = facteur de dilution).

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Lchantillon de MC dilue servira pour les analyses ultrieures de sucre, du pH, des cendres, .). Mesure du brix en usine par : - Micro-ondes, mesure de lattnuation (variation niveau et brix) - conductivit - par balance densimtrique - par transmetteur de niveau, si niveau constant - gamma densimtres 1-4-2 Teneur en saccharose (polarisation) Les matires sches en solution contiennent du sucre (S) et des non sucres (NS). MS = S + NS Quantit de solution = S + NS + E La teneur en sucre dune solution est le rapport entre la quantit de sucre contenue dans la solution et la quantit de solution. Elle est gnralement exprime en pourcentage : Quantit de sucre Teneur en sucre = ---------------------------- x 100 Quantit de solution Mesure Mthodes principales utilises en laboratoire - Par voie chimique, dosage du saccharose par rduction qui donne des sucres rducteurs par hydrolyse acide, mthode longue, Par voie enzymatique, mthode donnant le saccharose rel, mais longue, - Par saccharimtrie optique ou polarimtrie, cest cette mthode qui est utilise en laboratoire de contrle. (ICUMSA, Commission International dUniformisation des Mthodes dAnalyse de Sucre) Rappel du principe de la saccharimtrie optique: Il est connu depuis longtemps la premire dcouverte est due Arago en 1811 que certains milieux transparents, interposs sur le trajet d'un faisceau de lumire polarise, provoquent une rotation du plan de polarisation. C'est la polarisation rotatoire. Suivant que la rotation se fait vers la droite ou vers la gauche pour l'observateur qui reoit le rayon lumineux, le corps interpos est dit dextrogyre ou lvogyre. Ce phnomne est li soit une dissymtrie des molcules disposes dans un cristal c'est le cas, par exemple du quartz ou du chlorate de sodium, et dans ce cas la proprit disparat si le cristal est fondu ou mis en solution soit une dissymtrie dans la disposition des atomes dans la molcule, et en ce cas le phnomne persiste si le corps est mis en solution. C'est le cas de nombreux composs organiques contenant du carbone asymtrique, et en particulier des sucres. On parle alors d'activit optique.

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Un corps produisant la polarisation rotatoire est dou d'un pouvoir rotatoire. Il a t reconnu que le pouvoir rotatoire d'une solution d'un corps optiquement actif dans un solvant inactif tait proportionnel la concentration du corps dans la solution, l'paisseur de solution traverse par la lumire et un facteur caractristique du corps actif, son pouvoir rotatoire spcifique. C'est la loi de Biot. Si est l'angle de rotation produit, C la concentration en gr / cc et L l'paisseur de solution en dm, nous avons la rotation : = [] x C x L Est le pouvoir rotatoire spcifique. On l'exprime gnralement en degrs d'angle, affect du signe + pour les corps dextrogyres et du signe pour les corps lvogyres. Norme ICUMSA de 1966 du point 100: Il correspond un poids de 26 gr du saccharose pur, pess l'aide de poids en laiton, l'air, avec des conditions atmosphriques normales et dissous dans 100 cc 20 C, mis dans un tube de mesure de longueur de 200 mm 20 C, pour une longueur d'ondes = 546.2271nm, polarise 100 S (Degrs Internationaux Sucre) et l'chelle est divise linairement entre 0 S et 100 S. Ce point 100 est dfini par la rotation angulaire qui lui correspond, ( ) : ( 20C et 546nm) = 40.765 = (pouvoir rotatoire) (20C et 589nm) = 34.616 = (pouvoir rotatoire) la raie D (jaune) du sodium. Pouvoir rotatoire spcifique (rapport 1 gr) [] D20 = 100 x (0.34616 xS) / (C x l) = + 66. 59 C = 26 gr % cc l = longueur tube en dm = 2. L'effet de la temprature est corrig par la formule suivante : [] Dt C = [] D20 x [1- 0.000184 x (t-20)] 26 gr de sucre pur correspondent 100 S Et 1S reprsente 0.26 gr de sucre Le rglage du saccharimtre est considr comme conforme lorsque les mesures affiches pour le zro et pour le quartz ne diffrent pas de 0.1

A.N :

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De lchantillon de MC dilue qui a servi pour le brix, prendre 52g et les transvaser dans une fiole jauge de 200 ml, ajouter le dfquant (sous actate de plomb en solution sature) pour clarifier lchantillon, agiter et complter 200 ml avec de leau distille froide, filtrer et passer le filtrat au saccharimtre talonn sur un poids normal de 26 gr % ml et maintenu une temprature de 20 C. Lecture saccharimtre = 47 Sucre % MC = 47 x 0.26 x 200/26 = 94 1-4-3 Puret La composition dun jus est la suivante : jus = Eau + Sucre + Non Sucres La puret dfinit la quantit de sucre (S) contenue dans la matire sche (MS). Elle est gnralement exprime en %. La puret se calcule. Quantit de sucre S Pol Puret = ----------------------------------- x 100 = ------------- x 100 = ---------- x 100 Quantit de matires sches S + NS Brix S = --------------- x 100 MS = S ------------ x 100 100-E

Du fait que la puret est le rapport entre la quantit de sucre et la quantit de matires sches, la dilution ou la concentration dune solution est sans effet sur sa puret. La puret permet de suivre lpuisement des produits. Ainsi, un jus avant vaporation et le sirop correspondant ont la mme puret. Dans ce cas toute volution de puret en vaporation ou par dilution en ncessite une explication. Dans une solution o lon mesure la densit, do lon dfinit le brix apparent, on obtient en ralit la puret apparente. Au fur et mesure que lon savance dans lpuisement et lextraction des produits, la puret diminue progressivement. A.N : Puret de la MC analyse = (94 / 96) x100 = 97.9 1-4-4 Non Sucres Une solution sucre est compose de : S + NS + E Les NS sont constitus de cendres (NS minraux) et de matires organiques (NS organiques). Mesure - Les NS totaux apparents par diffrence = Brix - Sucre - Les NS sucres minraux appels cendres, sont analyss par incinration au four 600 C, cette temprature les matires organiques ont compltement disparu. Il ne reste que les cendres, (mthode longue + 6 h). - Soit par la mesure de la conductivit lectrique de la solution : 22

1 1 L K = ------ = --------- x -------- R S K = conductivit 20 C exprime en micro siemens = rsistivit Exemple de composition en % : Jus de pression Jus brut de diffusion Jus pur sirop Masse cuite 1er jet Mlasse Sucre blanc granul Brix 21 17 16 70 92 80 99.98 Pol 18.5 15 14.8 64.75 86.5 47.2 99.95 Pt 88.1 88.5 92.5 92.5 94 59 99.97 NS 2.5 2 1.2 5.25 5.5 32.8 0.02 E 79 83 84 30 8 20 0.02

Pour le sucre blanc, la puret est calcule par la formule suivante : Puret =100 sucres rducteurs les cendres lhumidit. 1-4-5 Salin Cest le rapport du sucre aux cendres rapport 100 gr. de produit : Sucre Salin ou quotient salin = ---------------Cendres Le salin diminue au fur et mesure de lpuisement des produits et leurs difficults de plus en plus grande donner un sucre cristallisable extractible. Paralllement au salin, on dfinit le rapport organique O / C : O ----------C Non sucre organique = -------------------------------Cendres

Non sucre organique = non sucre rel cendres. Ce rapport est trs important car il permet de vrifier les analyses en sucrerie et raffinerie de betteraves. Il reste compris entre 1.7 et 2.6 (il varie suivant les rgions et les annes). En raffinerie de sucre de cannes, il est beaucoup plus variable cause du rducteur contenu mais il dpasse rarement 5 6.

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En sucrerie de cannes on utilise le rapport glucose (sucres rducteurs sur cendres) : R/C. On utilise galement en sucrerie de betterave le rapport glucosique R/Pt. 1-4-6 Alcalinit Cest la quantit de chaux CaO contenue dans le jus. Elle sexprime en gramme de CaO / litre de jus. Mesure - Par titrage acidimtrique : neutralisation de la chaux par lacide sulfurique en prsence de la phnol phtaline comme indicateur de fin de titrage, raction exothermique. H2SO4 + CaO CaSO4 + H2O + Calories

Par titrimtre automatique (pH mtre quip en burettes automatiques)

Acidit des produits : En milieu lgrement acide et des tempratures voisines de 85 C / 95 C, le sucre peut sinvertir et se transforme en glucose ensuite en acides et avec la chaux, en sels de chaux. On mesure aussi les composs de chaux, ou sels de chaux, par une liqueur titre de savon ou par la mthode aux complexons. Ces sels de chaux sont une gne trs nette pour lvaporation, la cristallisation et lpuisement des masses cuites lorsquils sont en excs. On a toujours intrt empcher cette acidit. Cest pourquoi, quand lalcalinit effective est ngative ou une baisse de pH en cristallisation, on ajoute une base : leau de chaux, ou carbonate de soude, pour maintenir une alcalinit. Au fur et mesure que lon avance dans les produits dpuisement en cristallisation, lacidit rapparat et augmente, do lintrt de travailler rapidement et une temprature assez basse (cuites sous vide). On mesure lacidit laide dune solution titre de soude caustique, mais on prfre non plus mesurer la quantit dacide mais la force de cet acide : cest la notion du pH. 1-4-7 pH Une solution est caractrise par son degr dacidit. Elle peut tre acide, neutre ou basique. La grandeur caractrisant lacidit dune solution est le pH (potentiel hydrogne) La mesure du pH dans le process est dune grande importance, toute baisse du pH est lindice dune destruction du sucre par hydrolyse, par chauffage ou par fermentation.

- Notion de pH : Leau pure est trs faiblement ionise. Une preuve de cette ionisation rside dans le fait quelle est conductrice de courant

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H2O 2H2O Par application de la loi daction de masse : [OH-] . [H+] -------------------- = K ; [H2O]

H+ + OHH3O+aq + OH-aq

K dpend de la temprature

K est trs faible du fait que [OH-] = [H+] est trs petit par rapport [H2O]. La concentration en [H2O] = nombre de moles deau par litre : 1000 --------- = 55, 55 18 25 C K = 1,8 x 10-16 [OH-] . [H+] -------------------- = K [H2O] K . [H2O] = [OH-] . [H+] = produit ionique de leau 1000 ---------- = 10-14 = [OH-] . [H+] 18 [OH-] . [H+] est appel produit ionique de leau et on note KW. K . [H2O] = 1,8 x 10-16 x Dans leau pure, il y a autant dions H+ que dions OH-, donc : [H+]2 = 10-14 [H+] = 10-7

Nous avons :

Dans leau la concentration en ion H+ = 10-7 donc elle est faible. Pour la commodit de calcul, au lieu de travailler avec les concentrations en H+ on prend le cologarithme ou - logarithme de cette concentration H+ et on note pH.

-log [H+] = pH. [H3O+] - log (-------------) ou [H3O+] = 10-pH mol.l-1 25

1mol.l-1 pH de leau : H+ = 10-7 pH = - log [H+] = - log 10-7 = 7

Leau tant neutre, elle est prise comme origine pour constituer une chelle des pH. Une solution acide aura un pH compris entre 0 et 7 Une solution neutre aura un pH de 7 Une solution basique aura un pH compris entre 7 et 14 pH des solutions, acides, basiques et salines ou contenant un sel : Cas de lacide chlorhydrique : HCl HCl H2O + p HCl + H2O Ou : HCl Cl- + p H3O+ Cl- + H3O+ H+ + Cl-

--------------------------------------------------------------------------------

Une mole dHCl contient un ion gramme dhydrogne par litre, donc concentration en H+ dune solution normale totalement dissocie = 1 1 = 100 pH = 0

Nombre de moles par litre : 10-3 10-2 10-4 Concentration en mg /l : 36.5 365 3.65 Le pH correspondant : 3 2 4 Pour passer de pH 4 pH 3 on doit ajouter 33.5 mg/l dacide, ceci montre quen cas de baisse de pH dans le process, la formation dacide par dgradation du sucre est trs importante. Cas dune base totalement dissocie, une solution de soude caustique, NaOH : NaOH Na+ + OH10-3 H+ = 10-11 pH = 11

Si NaOH = 10-3 mole/l = 40mg/l Na 10-3 et OH KW = H+. OH- = 10-14

Influence de la temprature sur le pH : Le pH est donn une temprature bien dtermine. Le KW de leau est de 10-14 25 C 250 C le KW de leau = 10-11 [H+] . [OH-] = 10-11 pH = 5.5

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Mesure Echelle des pH : Par convention, lchelle des pH stend thoriquement de 0 14 et correspond respectivement aux normalits des acides et des bases totalement dissocis (base et acides forts).

HCl Une mole de H+/l = 100 NaOH

H+ + ClpH = 0 Na+ + OH-

Une mole de OH- /l = 100 10-14 10-14 H+ = ----------- = ---------- = 10-14 OH100 Mesure de pH par la mthode lectrochimique On mesure le pH dune solution aqueuse avec un ph-mtre utilisant la relation entre la force lectromotrice f.e.m dune pile hydro-lectrique et le pH de la solution qui constitue llectrolyte de cette pile. Lappareil est gradu directement en pH et en millivolts. Mesure de pH par la mthode colorimtrique, en utilisant des indicateurs colors. Un indicateur color est un corps organique ayant gnralement les proprits dun acide faible ou dune base faible et dont la molcule et lion spcifique ont des couleurs diffrentes. A.N : Dans un demi litre deau pure, on dissout 0.3 mole de chlorure dhydrogne (acide chlorhydrique H Cl) : a) calculer la normalit N de la solution, b) calculer son pH. Solution : a) H Cl est un acide fort totalement dissoci, litre de solution libre 0.3 mole dions H3O+, donc 1 litre de solution libre 0.6 mole dions H3O+ soit N = 0.6. b) H Cl est un acide trs fort, donc la raction H Cl + H2O H3O+ + Cl- est totale. + [H3O ] = N pH = - log [H3O+] pH = - log N pH = - log 0.6 pH = 0.22 Le pH est mesur 20 C au laboratoire. Le pH diminue quand la temprature augmente, et il faut en tenir compte dans le process pour viter la dgradation du suce. pH = 14

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1-4-8 Coloration La mesure de la coloration dans les produits de la sucrerie fournit aux exploitants diverses indications importantes : Une faible coloration est lindice dune puration bien conduite et dune qualit satisfaisante de la matire premire (betterave) et de bonnes conditions dexploitation en diffusion. A partir de lvaporation, toute augmentation de la coloration (rapporte 100 brix) est lindice dune destruction de sucre par un chauffage trop prolong ou une temprature trop leve.

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La mesure de la coloration en solution fait partie des mthodes standard dapprciation de la qualit (points Europens). Mesure La lumire visible comprend des longueurs donde comprises entre 400 et 750 nm, du violet au rouge, (1 nm = 10-9 m). La lumire est une onde qui se propage dans le vide avec une clrit (c) : c = 3.108 m/s. A chaque couleur correspond une longueur donde et une frquence ( = 1/T) lies par la relation : c/. Les mesures de coloration se font sur des solutions parfaitement filtres-on utilise pour cela des membranes microscopiques de calibre normalis. La mesure de la coloration est obtenue laide dun spectrophtomtre, par lvaluation de la diminution de lintensit lumineuse dun faisceau de lumire monochromatique qui traverse le milieu analys. L ICUMSA a retenu la longueur donde de 420 nm ; Les mesures sont rgies par la loi de Lambert Beer. Soit : Dans une cuve en verre contenant une solution sucre analyser : I0 = lintensit du flux lumineux (monochromatique) entrant, I = lintensit du flux sortant, b = la longueur en centimtre du trajet de la lumire dans la cuve, et c = la concentration en matire colorante. La loi de Lambert Beer scrit : I0 log10 -------- = ai . b . c I ai tant une constante dpendant seulement de la longueur donde et de la nature de la matire colorante. Dans la pratique, on fait la mesure par comparaison avec une cuve contenant le solvant (eau distille pour les produits de sucreries et des raffineries). Si Isolv est lintensit du flux sortant de la cuve de solvant, Isoln lintensit du flux sortant de la cuve de solution, la loi devient : I solv log10 -------- = as . b . c I soln as prenant alors le nom de coefficient dabsorbance.

1-5 PROPRIETES PHYSIQUES DU SACCHAROSE

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Rappel : Le saccharose est le plus rpondu des glucides labors par la nature et cest ainsi quil est devenu dans le langage courant synonyme de sucre. Le sucre ou le saccharose est produit par photosynthse par un certain nombre de plantes saccharifres : canne sucre et betteraves sucrires sont utilises industriellement ; mais on peut extraire du sucre de la sve de lrable sucre, des dattes, des ananas et de bien dautres plantes. 1-5-1 Aspect Cest un corps solide blanc, brillant. Il cristallise ltat pur en prismes rhombodaux (base en forme de losange). La densit relle dune molcule de saccharose est de 1.6 (la densit 8pratique du sucre cristallis est de 1.2 environ, chiffre qui varie avec le nombre de cristaux, ltat hygromtrique et lair contenu dans le sucre). Il inodore et de saveur sucre. 1-5-2 - Solubilit du sucre Solution sucre

Solution pure Eau Sucre

Solution impure Eau Sucre Non-sucre

a)- Eau - Leau est le solvant le plus rpandu dans la nature. Elle joue un rle fondamental dans la dissolution et la cristallisation du sucre. - La molcule deau est forme de deux atomes dhydrogne solidement lis un atome doxygne et sont disposs non symtriquement par rapport loxygne. - Les molcules deau sont fortement polaires. - Latome doxygne est trs fortement lectrongatif. Il attire les deux lectrons de chacune des deux liaisons covalentes avec les atomes dhydrogne. - Un ple ngatif apparat du ct de loxygne et un ple positif du ct de lhydrogne. H + O Ainsi, on peut fournir des petits groupes de 2 200 molcules deau parpilles dans lespace de la solution et anims dun mouvement brownien. 30 H +

-

Chaque hydrogne dune molcule deau peut tre li par des liaisons hydrogne, loxygne dune molcule deau avoisinante et son oxygne peut se lier un hydrogne dune troisime molcule deau.

H O H O H H H

H H O O H

b)- Saccharose Le saccharose extrait du jus de canne ou de betterave est certainement le plus abondant et le moins cher des produits organiques purs, produits en grande quantit. La molcule de saccharose est beaucoup plus grosse que celle de leau : poids molculaire : 342 gr contre 18gr pour leau. Il rsulte de lassociation du glucose et du fructose qui sont les produits rsultant de son hydrolyse. SACCHAROSE + EAU 8 C12 H22 O11 + H2O GLUCOSE + FRUCTOSE C6 H12 O6 + C6 H12 O6

Lenthalpie de formation correspond C12H22O11 cristal H0 (12 C graphite, 11H2 gaz, 5.5O2 gaz). A 25C et 760 mm Hg elle est de 2424 K j. Nomenclature officielle du saccharose (dnomination chimique) : D glucopyranosyl - D - fructofuranoside.

SCHEMA DU SACCHAROSE

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H C H C --- OH HO C --- H O HC ---C --- OH O H ---- C CH2OH CH2OH Glucose C H O --- C --- H O H --- C --- OH H --- C CH2OH Fructose Formule dveloppe du saccharose indiquant les positions relatives des OH

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Formule dveloppe du saccharose (Haworth)

CH2OH H H OH OH H OH OH H H O H HO CH2 O H O HO CH2OH H

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La molcule de saccharose contient 8 groupes hydroxyles (OH) qui crent des conditions favorables la formation de liaisons dhydrogne, particulirement avec les molcules deau. Cest pourquoi le saccharose est trs soluble dans leau.

H R O H O H

R

O

H O

H

Structure dune solution sucre

= eau = saccharose

Dans une solution trs dilue, les molcules de saccharose sont libres et sont, comme les molcules deau, en mouvement dans lespace. Si on augmente la concentration en sucre, jusqu environs 40 %, les forces dattraction se manifestent et chaque molcule de sucre sentoure, par effet polaire, dun certain nombre de molcules deau. 33

Lorsquon atteint les fortes concentrations les molcules de saccharose sassocient entre elles en repulsant une partie des molcules deau. c)- Solubilit Dfinition : A temprature constante, une quantit dtermine deau ne peut dissoudre quune quantit bien prcise de sucre. Cette quantit correspond la solubilit du sucre pour la temprature de lexprience. Quant une solution contient la quantit totale de sucre quelle est susceptible de dissoudre, on dit quelle est sature. Le saccharose est soluble dans beaucoup de solvants ; glycrine, acide formique, ammoniaque . Mais le meilleur solvant et le plus accessible est leau. La solubilit est exprime par le rapport SUCRE / EAU et on note S/E. Etats de la solubilit : 1) solution sous sature : cest une solution dans laquelle on peut dissoudre encore des cristaux 2) solution sature : solution contenant exactement le maximum de sucre susceptible dtre dissous la temprature de lexprience. (table de Vavrineck). 3) solution sursature : La solubilit est caractrise par un coefficient de sursaturation K. Cest une valeur qui mesure le sucre en excdent par rapport la saturation. Le coefficient de sursaturation en milieu pur, pour une temprature donne est gal au rapport : S / E de la solution pure ----------------------------------------------S / E solution Sature pure K < 1 = solution sous sature K = 1 = solution sature K > 1 = solution sursature

Solubilit du sucre pur en fonction de la temprature : La solubilit du saccharose augmente quand la temprature augmente.

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Exemple : Dire que la solubilit du sucre 20 C est de 2.0, signifie quune partie deau dissous deux fois son poids de sucre. Autrement dit : 100 gr deau, dans un rcipient, maintenue 20 C ne peuvent dissoudre au maximum que 200 gr de sucre. La solubilit varie avec la temprature et croit rapidement avec elle. A 40 C, par exemple, 1 Kg deau est susceptible de dissoudre 2.345 Kg de sucre pur ; 80 C : 3.69 Kg. A.N : Cas dune solution pure : La solubilit donne par le laboratoire est de S / E = 2.885 Brix de la solution pure = sucre [S / (100 S)] = 2.885 do brix = 74.26 80 c le S / E saturation est de 3.69 (table de vavrineck) Etat de la solution : K = [2.885 / 3.69] = 0.78 donc la solution est sous sature. 40 c le S / E saturation est de 2.345 Etat de la solution : K = [2.885 / 2.345] = 1.23 donc le K de la solution est > 1 la solution est sur sature.

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On arrive la sur saturation soit par vaporation de leau : cas des cuites, ou par refroidissement de la solution : cas de malaxeurs et des emplis, ou par vaporation et refroidissement : cas de malaxeurs sous vide. Quantit deau vaporer pour arriver un K de 1.1 pour pouvoir cristalliser le sucre : [(S/E) / (S/E) 0]= 1.1 S/E = 3.69 x 1.1 = 4.06 = 80.23 de brix Eau vapore = 100[(80.23 74.26) / 80.23)] = 7.74 %. Parmi les auteurs qui ont tabli des formules ou des tables de solubilit nous citerons : HERZFELD (1892) a mesur 6 solubilits et a suppos que lquation de solubilit tait une parabole. Il en a dduit la formule : S = 64.1835 0.13417 t 0.5907 x 10-3 x t2 S = solubilit % t = temprature en C TAYLOR (1947) tient compte de lincidence de la dcomposition du sucre lors du chauffage, il en dduit : S = 63.608 + 0.1322 t + 0.722 x 10-3 x t2. KAGANOV : formule base sur les lois de la thermodynamique chimique (1935) : Si S = quantit pondrale de sucre. T = temprature absolue. Log S = 46.71038 + (1944.26 / T) +17.17974 Log T VAVRINECK (1962) : a recalcul la table de KAGANOV suivant la formule : (Formule utilise par GTS). S = 64.447+ 0.0822 x t+ 0.16169 x 10-2 x t2 0.1558 x 10-5 x t3 0.463 x 10-7 t4 S = sucre en brix poids t = en degrs centigrades On peut dpasser la limit de solubilit soit en refroidissant la solution (le malaxage), soit en enlevant de leau par vaporation (cuites), soit en combinant lvaporation et le refroidissement (malaxeur sous vide). En sursaturation, le sucre est potentiellement cristallisable.

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Solutions impures : La quantit dissoute par une solution impure est diffrente de celle dissoute dans une solution pure. Dans une solution impure, les impurets qui sont mlassignes jouent un rle semblable celui de leau puisquelle permettent gnralement daugmenter la quantit de sucre que lont peut dissoudre. Toutefois, il subsiste une grande diffrence car on ne peut pas vaporer les impurets. Le dcalage qui existe entre la solubilit en milieu pur et impur est mesur par un coefficient app8el cfficient de saturation. Ce coefficient est ainsi appel, car il modifi la position de la saturation, (ne pas confondre avec le coefficient de sursaturation). Dire que le coefficient de saturation est de 1.5 pour une temprature donne, veut dire que la solubilit en milieu impur est gale la solubilit en milieu pur augmente de 50 %.

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Le coefficient de saturation (C) est le nombre qui indique combien de fois il y a plus de sucre par unit deau dans une solution sature impure par rapport la teneur en sucre dans une solution sature pure mme temprature. Il est gal au rapport : S/E en solution sature impure t C = --------------------------------------------S/E en solution sature pure t Le coefficient de saturation est donc le facteur correctif de la solubilit du saccharose. Cl8assification des non sucres : Les non sucres qui ne se lient ni leau ni au saccharose Les non sucres qui se lient leau Les non sucres qui se lient au saccharose Les non sucres qui se lient leau et au saccharose Les NS indiffrents : pas dinfluence sur la solubilit, ex : Fructose Les NS mlassignes ngatifs : diminuent la solubilt, ex : sels de magnsium, calcium, glucose. Les NS mlassignes positifs : augmentent la solubilit, ex : les sels de soude et de potassium. Relation de Wagnerowski : (test dpuisement de la mlasse = test Polonais) Ksat = a x (NS/E) + b Pour des NS/E compris entre 1.6 et 5. Les coefficients a et b sont lis la nature des NS. A.N Prenons un sirop de composition suivante : Brix = 70 Polarisation = 65 Puret = (65/70) x 100 = 92.85 Eau = 100 70 = 30 S/E = 65 / 30 = 2.17 Et supposons le 80 C (les cuites sont sous vide), quel est ltat de saturation de ce sirop ? Consultons la table de Grut donnant la solubilit des solutions sucres impures Pour la puret de 92.85 et 80C la solubilit est gale 3.73 kg de sucre pour un kg deau. On a 2.17. On est sous-sature : 2.17/ 3.73 = 0.58 Il faut amener ce sirop pour cristalliser une saturation de : Comment ? combien ? Evaporer de leau pour, par exemple, arriver une saturation de 1.1. Pour la saturation = 1 il faut S/E = 3.73 Pour la sursaturation = 1.1 il faut 1.1 x 3.73 = 4.103 Il faut donc que le nouveau S/E devienne 4.103 Est-ce que la puret change quant on vapore de leau ? NON Donc P = (S/Bx) x 100 = 92.85 S= (P x Bx) / 100 S = (92.85 x Bx) / 100 S = 0.9285 Bx Et S/E = 4,103 donc S / (100-Bx) = 4.103

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Donc : 0.9285 x Bx /(100-Bx) = 4.103 0.9285 Bx = 410.3 4.103 Bx Bx = 410.3 /(0.9285+4.103) = 81.54 S = 92.85 x 81.54 / 100 = 75.71 E = 100 81.54 = 18.46 S/E = 75.71/ 18.46 = 4.103. Maintenant le sirop est sursatur et on peut cristalliser du sucre. Combien deau a-t-on enlev pour 100 kg de sirop ? 100 kg de sirop 70 Bx il y a 30 kg deau. Pour obtenir 81.54 Bx il y a 18.46 eau pour 100 kg du sirop concentr et pour 81.54 kg de matires sches (MS). Il ny en a que 70 kg de MS, donc pour 70 kg de MS : 70x18.46/81.54 = 15.85 deau. Il faut vaporer : 30 15.85 = 14.15. (voir paragraphes vaporation et cristallisation pour leau vapore et pour la cuisson).

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Coefficient de saturation (ou de solubilitsat ) : K Il traduit effet des non sucres sur la solubilit l . S/E Solution im pure

Solution pure Solution Tem p rature (S/E) sat imp sln im p Ksat = (S/E) sat pure sln (S/E) correspondentla m m e temrature p

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1-5-3 Cristallisation On peut concentrer une solution sucre et lamener ltat de sursaturation sans quelle cristallise. Si lon introduit alors dans la solution un cristal de sucre, celui-ci dclenche la cristallisation de lensemble de la solution (procd employ au cours de la fabrication du sucre, voir paragraphe cristallisation). 1-5-4 Fusion Chauff lentement sec, le saccharose commence fondre vers 160 C. Par refroidissement brusque, on obtient le sucre dorge. Si lon continue lexprience, il devient du caramel (ramollissement et coloration brune). Vers 190 C, il brle en se dcomposant en acide carbonique, en acides organiques. Finalement il reste un carbone amorphe noir et brillant : le charbon de sucre . Ds le stade de caramlisation, le sucre perd son tat cristallode pour acqurir des proprits collodales la transformation nest plus rversible. La chaleur libre lors de la combustion dune mole de saccharose est de 5647 kJ, soit 16.49 kJ par gramme de saccharose. 1-5-5 Chaleur spcifique La chaleur spcifique Cp est calcule pour les cristaux de saccharose en fonction de la temprature partir de lquation dAnderson (1950). Cp = 1.1269 + 4.524 x 10-3 x t + 6.24 x 10-6 x t2 1-5-6 Activit de leau et humidit relative dquilibre .On dfinit sous le terme Activit de leau (Aw), le rapport de la pression de vapeur de leau dans une substance donne la pression de vapeur de leau pure la mme temprature. Par convention, lactivit de leau pure est gale 1.0. Lactivit de leau correspond un tat dquilibre entre le produit et lair qui lentour. Dans ce cas, lhumidit relative dquilibre (HRE) est relie lAw par la relation : HRE = Aw x 100. Si du sucre est mis dans une atmosphre ayant une humidit relative plus faible que son humidit relative dquilibre (HRE), il va avoir tendance se desscher. Sil est mis dans une atmosphre humidit relative plus grande, il va shumidifier. La teneur en eau du sucre blanc cristallis est fonction de son HRE, cest lisotherme de sorption de vapeur deau du saccharose. Ainsi pour un sucre blanc granul 0.02 % dhumidit, lair ambiant doit avoir une hygromtrie de 60% et 20C.. 1-5-7 Qualits organoleptiques La saveur sucre prend comme rfrence le sucre saccharose, qui on donne la note 100 units sucrantes. 1-5-8 Pouvoir rotatoire Le saccharose a la proprit de dvier le plan de la lumire polarise vers la droite, cest une substance dextrogyre. Le pouvoir rotatoire dextrogyre du saccharose est : 20 / D = + 664 Par hydrolyse le saccharose donne un mlange quimolculaire de fructose ( D = - 92) et de glucose ( D = + 52). La solution de saccharose qui tait dextrogyre devient lvogyre D = - 21. On a eu une inversion du pouvoir rotatoire. (Voir paragraphe ci avant sur la polarimtrie).

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1-6 PROPRIETES CHIMIQUES DU SACCHAROSE 1-6-1 Inversion du sucre La molcule de saccharose se compose de deux parties runies par un pont doxygne. Cest le point faible de la molcule. Ce pont peut se rompre par action de : Ferment : invertase (au stockage) Acidit : en fabrication, en cas de baisse de pH. (hydrolyse acide). La destruction du sucre est irrversible, elle se nomme inversion . Les produits obtenus se nomment sucre inverti . SACCHAROSE + EAU C12 H22 O11 + H2O GLUCOSE + FRUCTOSE C6 H12 O6 + C6 H12 O6

Les composs dinversion du sucre (glucose et fructose) peuvent se dgrader en donnant des colorants appels : produits de dgradation alcaline des hexoses. (PDAH) La raction dinversion est fonction de : Temprature pH temps de sjour. 1-6-2 Fermentation Le saccharose est fermentescible par des levures, en absence doxygne et aprs hydrolyse (en prsence dion H + catalyseur ou invertase). C12 H22 O11 + H2O 2 C6 H12 O6 C6 H12 O6 2 CO2 + 2 (C2 H5 OH) Glucose ou fructose gaz carbonique alcool thylique Au cours du process le sucre est susceptible de subir sous laction de micro-organismes, un certain nombre de fermentations, alcoolique, lactique, buturique, actique, etc.. Ces phnomnes peuvent exister en raffinerie en donnant lieu nouveau des pertes de sucre. Signalons ce niveau le danger du leuconostoc mesenterode qui produit du dextrane qui pose des problmes de filtration et de viscosit. 1-6-3 Caramlisation Un chauffage non contrl du sucre mne au dveloppement dune coloration jaune bruntre dont lintensit va en croissant avec la temprature de chauffage. Les produits de dcomposition sont des Caramels. Les carmels sont nuisibles par leur coloration en plus du sucre perdu. 1-6-4 Raction de Maillard Les ractions de Maillard doivent leur nom au mdecin et chimiste Louis Camille Maillard. La raction de Maillard est la raction dun sucre rducteur avec un groupement - amin. Ses tapes sont complexes et aboutissent la formation de composs carbonyls trs ractifs (furfurals, rductones ), ainsi que des mlanodines (des pigments polymres bruns ou noirs insolubles, de poids molculaire lev (jusqu 50000). Cette raction recherche par certaines industries alimentaire (la crote du pain, larme des cafs torrfis, du malt) entrane des dgradations importantes du sucre, des dbordements avec lvation de temprature et le risque dincendie. La cintique de la raction de Maillard dpend de plusieurs facteurs : la nature des sucres rducteurs, des acides amins, le pH, la temprature et la teneur en eau.

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Schma simplifi de la raction de Maillard Sucre rducteur + amine Condensation de Maillard Glucosylamine N- substitu Rarrangement dAmadori Ctose N-substitue Dshydratations Composs dicarbonyls Dgradation de Strecker Composs dcarbonyls Acides amins

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Mlanodines insolubles (polymres bruns) + Produits volatils et odorants

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1-7 INFECTION MICROBIENNE : L'infection microbienne peut tre l'origine de pertes relativement importantes souvent mises sur le compte des pertes indtermines. Les micro-organismes susceptibles de se dvelopper sont selon les milieux (stockage betteraves, diffusion, eaux sucres, produits concentrs .) des micro-organismes msophiles ou thermophiles. Les msophiles Les micro-organismes msophiles se dveloppent une temprature optimum situe entre 25 et 40 C avec un maximum situ entre 50 et 55 C. Ce type d'infection est d des levures, des moisissures et des bactries. Ils se dveloppent rapidement en consommant du sucre quand les conditions leur sont favorables, Rappel : La microbiologie est la science qui tudie les microorganismes Les microorganismes existent ltat de cellule isole ou en groupe. Les dimensions des microorganismes varient pour les levures de 2 8 microns, pour les bactries de 0.1 8 microns et pour les virus de 0.01 0.2 microns. Les virus ne sont pas des microorganismes car ils ne sont pas autonomes. Ils ne peuvent pas se reproduire sans dtourner la machinerie cellulaire dun autre individu. Le temps de gnration pour la bactrie Echirichia coli est de 20 mm, soit un taux de croissance de 3 bactrie / heure. Pour la levure le temps de gnration est de 40 60mn soit un taux de croissance environ de 1. Comment distinguer les cellules microbiennes des plantes ou des animaux ? Les cellules animales et vgtales sont incapables de vivre ltat isol dans la nature : elles sont toujours l'tat multicellulaire. On isole des eaux sucres des levures genre saccharomyces, des bactries genre leuco nostoc msentrodes, la temprature optimale de dveloppement de cette bactrie se situe entre 21 et 25 C, certaines espces peuvent se dvelopper une temprature plus leve. Cette bactrie est l'origine de la formation du dextrane polysaccharide trs visqueux pouvant obstruer les conduites en cas d'infection svre. Le genre lacto bacillus a galement t isol, il comprend un grand nombre d'espces pouvant se dvelopper entre 28 et 62 C. Il produit par dgradation du saccharose, du CO2, de l'alcool et des acides. Les acides forms essentiellement sont : - l'acide lactique - l'acide actique Ces acides donnent les ions Na et K des sels trs mlassignes (voir paragraphe cristallisation). Les thermophiles Les micro-organismes thermophiles peuvent se dvelopper dans tout le process, car ils rsistent des tempratures relativement leves. Les genres suivants ont t isols: - bacillus stearothermophilus: se dveloppe entre 37 et 70 C, produit des acides et des nitrites - clostrodium thermosaccharolytium: se dveloppe entre 56 et 62 C, produit des acides et des gaz - clostrodium thermohydrosulfiricum: se dveloppe entre 68 et 70 C, produit des acides et de gaz. Le dveloppement des bactries est plus important dans les zones faible concentration en sucre, avec production de gaz, H2, H2S et d'autres produits inflammables. L'anarobiose favorise la transformation du SO2 en H2S et le NO3- en NO2-. Les nitrites forms ragissent avec le SO2 pour donner un inidodisulfanate,

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SO3H N SO3-

Ce produit donne avec le potassium un sel insoluble qui co-cristallise avec le sucre, surtout dans les arrires produits o la concentration en potassium est leve, cette co-cristallisation diminue la qualit du sucre en augmentant sa coloration et sa teneur en cendres.

1-8 VALEUR TECHNOLOGIQUE DE LA BETTERAVE SUCRIERE

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La betterave sucrire d'une manire gnrale est cultive en vue d'en extraire du sucre principale utilisation de cette spculation. Sur le plan agricole, par son systme racinaire et par ses exigences agrologiques, elle et rest une tte d'assolement remarquable. (Un bon prcdent du bl). Sur le plan industriel, l'extraction du sucre doit tre au maximum et la plus conomique possible. De l l'agriculteur tant pay sur le sucre polarisable que contient la betterave, s'il est lgitime pour lui de rechercher un rendement maximal, il est aussi lgitime pour la sucrerie d'exiger une qualit technologique loyale et marchande, en vue d'extraire le maximum de sucre. Il est certain que la qualit technologique se fabrique dans les champs et de l, apparat la difficult la quantifier l'aide d'une seule valeur numrique. Nanmoins, il est admis que toute opration de mise en place de la culture qui favoriserait la richesse et la puret des betteraves travailler par la sucrerie, ne peut qu'tre bnfique aux deux parties concernes (I.R.I.S.). Donc planteurs et fabricants ont en la ncessit d'assurer un profit, si possible maximum, partir de la betterave, pour les planteurs au stade de la culture, pour les fabricants au stade de la transformation. Ils sont donc partenaires dans cette profession o le malheur des uns n'a jamais fait le bonheur des autres, tandis que la prosprit a toujours t partage. Donc la qualit technologique de la betterave, suppose la connaissance de paramtres mesurables et objectifs et leur influence sur le rendement dextraction et le cot du sucre produit. En effet la qualit technologique de la betterave ne dpend pas uniquement de sa teneur en sucre polarisable, qui constitue le critre le plus vident et le plus simple dterminer pour une betterave saine loyale et marchande, en plus ce sucre est surestim par la prsence de dautres substances qui polarisent avec le sucre en cas de betteraves sjournes ou dgrades. Mais la qualit de la betterave dpend galement de sa morphologie, de ses caractristiques mcaniques et de sa composition chimique qui dtermine la quantit du sucre extractible. Cet ensemble de critres, dtermine la valeur technologique de la betterave, comme tant son aptitude donner, aprs transformation, un maximum de sucre et au moindre cot. La variabilit de ces critres avec le facteur varit, lco pdologie et les techniques culturales ont fait lobjet de plusieurs thmes de recherche dans le primtre des doukkala, par le lISERF, lIAV Hassan II -L ACHIMI Incidences de certaines proprits de la betterave sur son aptitude la transformation : 1. La morphologie de la betterave : La forme de la racine dpend principalement de la varit et du travail du sol. On distingue la forme longue ou en fuseau, la forme ronde, la forme creuse et la forme fourchue ou pieds. Impact de la morphologie sur le process : - le transport : les formes creuses et fourchues, rendent larrachage difficile et sont gnralement accompagnes dune forte tare, do augmentation du cot de transport. - Le lavage : lavage difficile, avec des consquences ngatives sur ltat sanitaire de la diffusion (1 gr de terre contient 10000 micro-organismes). - Dcoupage : dcoupage irrgulier, faible longueur de cossettes avec plus de rpure, do complication de la conduite de la diffusion.

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2. Les proprits mcaniques de la betterave : Les betteraves de faible rsistance mcanique se cassent au cours du dchargement et de la manutention do augmentation des pertes au lavage et production de rpure au niveau de dcoupage. Ces proprits agissent galement sur la qualit de dcoupage, la compressibilit des cossettes au cours de la diffusion et sur laptitude des pulpes au pressage. VUKOV.K a fait tat dun test de mesure de la rsistance au dcoupage en relation avec la fibrosit de la betterave et rapporte les rsultats suivants : Rsistance au dcoupage kj / m2 < 0.8 0.8 - 1.4 1.4 - 1.8 1.8 - 3 >3 Dnomination Tendre Normale Peau en lige Fibreuse Trs fibreuse

La rsistance au dcoupage semble tre lie la composition du marc de la betterave et particulirement sa teneur en cellulose et en lignine. Les caractristiques mcaniques de la betterave dpendent de la varit, des techniques culturales et du climat. (Phnomne de la monte graine). 3. La composition chimique de la betterave : Les incidences de la composition chimique de la betterave sur le processus de fabrication ont fait lobjet de nombreux travaux.

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Tous ces auteurs se sont attachs analyser lincidence de certaines impurets sur le comportement de la betterave lusinage. La dtermination de la qualit technologique de la betterave comporte de multiples sries de mesures concernant: Le poids relatif de la racine, la richesse, la rsistance au dcoupage, le nombre d'lasticit 70 C et 100 C, la constante de diffusion 75 C, les cendres conductimtriques des betteraves (potassium, sodium, calcium, magnsium), les sucres rducteurs, l'azote alfa amin, la puret du jus pur, les cendres conductimtriques du jus pur, les sels de chaux du jus pur, le total des anions du jus cellulaire, le total des anions du jus pur, les p H du jus de betterave, la vitesse de filtration et de sdimentation, et leur influence sur le rendement dpuration, la formation des colorants, la stabilit du pH et lentartrage au cours de lvaporation. On appelle valeur technologique de la betterave, sa capacit interfrer, en raison de sa qualit, sur le processus d'extraction du saccharose labor. La facilit d'extraction industrielle de ce saccharose est lie aux non - sucres. Ce sont les non sucres qui empchent le saccharose de cristalliser et l'entranent dans la mlasse. On dit que les non sucres sont mlassignes, chaque non sucre possde un pouvoir mlassigne (PM = S / NS) ou = Pt mlasse / (100 Pt mlasse) On voit donc que l'on peut valuer la valeur technologique de la betterave par le critre du sucre mlasse. Egalement par la mesure de la puret dus jus pur, on voit que si les non sucres augmentent, la quantit de saccharose allant dans la mlasse augmentent mais la puret diminue. La puret du jus pur est donc un bon indice de la valeur technologique. Le stockage des betteraves arraches dans nos conditions de climat chaud est trs nfaste la qualit technologique de la betterave, partir d'une certaine dure de stockage la betterave devient intraitable. Dans tous les cas le stockage dans les champs ne doit pas dpasser 24 h, et dans l'usine avoir juste le stock de travail de nuit et le tampon de la matine. (Voir chapitre cours betterave : dgradation de la betterave en fonction de TC et dure de stockage). Divers chercheurs ont tabli des formules d'estimation du sucre mlasse et quelques soit le critre appliqu, les sucres mlasses calculs sont de mme ordre de grandeur.

Critre de Drachovska: M = 8 * K / (R 1.2 4 * K) o M = qt mlasse type 50 %, pour 100 kg de sucre blanc. K = cendres conductimtriques. R = Richesse betterave %)

Critre de Dedek : Grammes sucre mlasse = 0.9 * (Na + K) * 342.31 Rendement en sucre blanc = R - 1.2

Critre de Siline : Rendement sucre blanc = (R 1.2) * [(100 Q) / Q] * PM Q = puret du jus pur PM = coefficient mlassigne 51

Equation de Paar : partir des purets standard du jus pur ou sirop et de la mlasse Sm = (100-Ps)/Ps x Pm / (100 Pm) x (R-p) Sucre extrait % B = [(1- Pm / Ps) / (1 0.01 *Pm)] * (R p) O R = richesse Ps et Pm : purets du sirop et de la mlasse p = pertes totales de fabrication % B.

Formule IAV Hassan II partir des analyses betteraves Doukkala L. HACHIMI 1990. Sm = 7.67 + 2.64 R + 1.73 .10-1 N + 5.28 . 10-2 Na + 3.72 . 10-2 K Formules IRIS appliques dans les sucreries, tablies par Devillers: Les formules de l'IRIS tiennent compte du glucose et de l'azote alfa amin et donnent directement les prvisions des pertes de sucre dans la mlasse, la puret du jus pur et des critres de comportement du jus dans le processus. Elles permettent de suivre l'volution de la qualit technologique de la betterave au cours de la campagne, (sjournement, dgradations, fertilisation,.). Sm = 0.14 x (K + Na) + 0.25 x N + 3.3 x G + 0.30 Sext = pol - Sm - 0.7 Pt du jus pur = 99.36 14.27 x (K + Na + N) / pol AK = (K + Na) / N FE = (K + Na) / ( N + G)

K, Na, N : respectivement, potassium, sodium et azote alpha amine, sont exprims en mq % Grammes de rpure. Sm, S ext, G et pol : respectivement, sucre mlasse, sucre extractible, glucose et polarisation, sont exprims en gr % gr de betterave. AK : coefficient d'alcalinit FE : facteur d'quilibre, avec le G en mq.

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Comparaison du Sm % B rel et Sm % B calcul partir des formules IAV et IRIS (campagne 1991). Sm rel : 2.33 Sm IAV : 2.46 Sm IRIS : 2.51 Chane d'analyse continue de la qualit technologique de la betterave: Les centres de rception des sucreries COSUMAR et SUTA sont quips de chanes d'analyse des principaux lments mlassignes: le sodium et le potassium mesurs par photomtrie d'mission de flamme, les acides alpha amins ( N) mesurs suivant la mthode la ninhydrine par colorimtrie 600 610 nm et le glucose (G) par la mthode enzymatique par colorimtrie 505 520 nm. Exemple de composition d'une betterave frache, saine, loyale et marchande: (conditions Marocaines). pol 17.5 Sm % Bett 1.84 K 4.2 Sext % Bett 14.96 Na 2 Sext % S. pay 85.48 N 1.50 Pt 93.08 G 0.09 AK 4.13

Exemple de calcul du sucre pay suivant le barme en vigueur dans les doukkala, d'une livraison de 13.060 tonnes de betteraves brutes (non compris le transport et les manutentionnaires la charge de la sucrerie et sans dduction des avances de financement des intrants et sans le prlvement de la facture d'eau d'irrigation ni primes diverses) : Pds camion charg en tonne 18.520 Pds brut chantillon en kg 34.500 Tare terre % chantillon (indicatif) 6.95 Pds camion vide en tonne 5.460 Pds aprs lavage et ressuyage (indicatif) 32.100 Collets % chantillon (indicatif) 4.04 Pds brut betterave en tonne 13.060 Pds aprs dcolletage 30.800 Impuret totale % chantillon 10.72 Pds net betterave 11.660 Tare terre de l'chantillon 2.400 Richesse de l'chantillon 17.5 Montant en DH 4862.65 Pds des collets de l'chantillon (indicatif) 1.3 Montant en DH la tonne betterave nette 17.5 417.037

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Exemple de composition d'une betterave encore usinable mais ayant subit des avaries (sjournement, dgradations: (conditions Marocaines). Pol 19 Sm % Bett 3.94 K 5.5 Sext % Bett 14.36 Na 7 Sext % S. pay 75.58 N 3.50 Pt 87.34 G 0.400 AK 3.57

Exemple de calcul du sucre pay suivant le barme en vigueur dans les doukkala, d'une livraison de 13.060 tonnes de betteraves brutes (non compris le transport et les manutentionnaires la charge de la sucrerie et sans dduction des avances de financement des intrants et sans le prlvement de la facture d'eau d'irrigation ni primes diverse) : (suivant donnes betterave sjourne) Pds camion charg en tonne 18.520 Pds brut chantillon en kg 34.500 Tare terre % chantillon (indicatif) 6.95 Pds camion vide en tonne 5.460 Pds aprs lavage et ressuyage (indicatif) 32.100 Collets % chantillon (indicatif) 4.04 Pds brut betterave en tonne 13.060 Pds aprs dcolletage 30.800 Impuret totale % chantillon 10.72 Pds net betterave 11.660 Tare terre de l'chantillon 2.400 Richesse de l'chantillon 19 Montant en DH 5046.94 Pds des collets de l'chantillon (indicatif) 1.3 Montant en DH la tonne betterave nette 19 432.84

Prix la tonne de sucre extrait pay (hors transport et manutention betteraves et hors cots d'exploitation qui augmentent sensiblement avec la baisse de la qualit, pour produire la mme quantit de sucre il faut traiter et payer plus de betteraves et les produits issus de ces betteraves se dgradent rapidement au cours de la fabrication et ncessitent des prcautions pendant le stockage, sucre, mlasse, pulpe,): Cas 1 : 2787 DH et pour le cas 2 : 3014 DH soit une diffrence : 227 DH / T de sucre.

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2 1 CENTRE DE RECEPTION DOUKKALA

PROCESSUS AMONT AGRICOLE Encodage badge RECEPTION CAMIONS OU CHARIOTS LECTEUR BADGE

NON BADGE ENCODE OUI PESEE BRUTE CAMIONS OU CHARIOTS

LECTEUR DE BADGE SONDES NON

BADGE ENCOD E OUI ECHANTILLONNAGE 1

DECHARGEMENT CAMIONS OU CHARIOTS

2

58

1

PESAGE ECHANTILLON BRUT

PC TARE Eau rcupre LAVAGE ECHANTILLON Eau boueuse

Indicateur pese brute Imprimante ticket PC Tare

Processus lavage betterave

Les sucreries qui ont de fortes tares, prvoient un pesage intermdiaire pour valuer le % de la terre DECOLLETAGE

EGOUTTAGE RESSUYAGE

PESAGE ECHANTILLON NET Indicateur pese nette Imprimante ticket PC Tare

PC TARE

Skip

Fractionnement chantillon RAPAGE ECHANTILLON 3

3

Edition ticket code barres

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Homognisation rpure Solution de sous actate de plomb Balance proportionneuse

Digestion

Filtration Ractifs Douchette de lecture code barres Filtrat Saccharimtre Chane d'analyse de la qualit technologique betterave (Na ; K ; N ; Glucose) PC chane dition rsultats

Refaire analyse rpure conserve

NON Lecture richesse

OUI Validation

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2 DECHARGEMENT CAMIONS OU CHARIOTS

LECTEUR DE BADGE

PESAGE CAMIONS OU CHARIOTS A VIDE

PC PONT DE SORTIE

SERVEUR

SORTIE CAMIONS OU CHARIOTS

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GENERALITES Toute opration commerciale ne peut stablir que sur des donnes quantitatives et qualitatives contrlables et indiscutables : Le centre de rception betteraves est charg de fournir ces donnes en fonction de rgles et de conventions tablies lavance avec les agriculteurs et leurs reprsentants. Des chantillons de chaque chargement sont prlevs et analyss. On extrapole les qualits du lot rceptionn partir de ces chantillons. Le centre de rception betterave assure les oprations qui permettent de dterminer aussi exactement que possible, la quantit et la qualit de la betterave achete. La sucrerie nachte aux planteurs que le sucre polarisable contenu dans les betteraves nettes (betteraves laves et dcolletes) de qualit saine, loyale et marchande, selon un tarif officiel, dit barme de paiement, qui fixe les prix la tonne de betterave nette 16.5 de richesse pour les sucreries Marocaines. Barme actuellement en vigueur au Maroc : Prix dachat la tonne de betterave nette = prix de base 16.5 + prix fixe Le prix croit proportionnellement avec la richesse, la formule suivante est applique pour le paiement: P = [ P0 x ( R - 3 ) / (16.5 3 ) ] + Prix fixe O P = prix la richesse dtermine R, P0 = prix de base de paiement 16.5 de richesse, Prix fixe la tonne nette suivant les potentialits des rgions, P0 = 365 DH / TBN Prix fixe : 25 DH/TBN pour Doukkala et Tadla 45 DH/TBN pour le Gharb 40 DH/TBN pour Moulouya Dautres conditions sont contractuelles dans lachat de la betterave par lapplication de bonification et de rfaction pour encourager la qualit et la rentabilit de la betterave, savoir : Impurets (tare terre + collets et herbes) < 2 % : poids net = poids brut, Impuret > 10 % : poids net = poids brut impuret x 1.5 Richesses < 11 % : ramenes 11, non valable en cas de betterave fourragre. Financement des intrants, Primes diverses ventuellement, suivant la situation de chaque campagne. Le chargement et le transport de la betterave sont la charge des sucreries. Le % de sucre extrait (sucre rellement produit), partir du sucre pay dpend de la qualit de la betterave. (Sa puret et la nature des impurets). Les betteraves sjournes, dans le cas des pays climat chaud, deviennent moins pures et donnent de faibles taux dextraction avec des richesses leves.

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Pour une betterave normale, ce taux varie de 82 86 et ce pour une puret de jus clair de 91 94 et une puret de mlasse de 56 60. Ainsi une chute de puret de 4 points du jus de pression entrane 10 points de chute de rendement % sucre pay. Dans cette situation le sucre extrait passe de 85 75 % sucre pay. Les rceptions betteraves se font pendant louverture du centre de 6 h 22h, par pese directe sur pont bascule. Il existe deux types de peses pour dterminer la quantit de betterave : - Pese gomtrique, abandonne - Pese directe, la totalit des sucreries utilisent la pese directe. Pour information, la pese gomtrique consistait lachat de la rcolte sur pied avant arrachage suivant mthode lgale et codifie, base sur des peses statistiques dchantillonnage par ranges. Il fallait dterminer pour chaque champ : - la surface du champ en hectares - le nombre de betteraves lhectare - le poids moyen dune betterave - la richesse moyenne des betteraves Puis effectuer les oprations suivantes : Pds moyen dune betterave x nombre de betteraves = Tonnage de betteraves lhectare Tn. de betteraves lhectare x surface du champ en hectare = poids de betteraves du champ. Pds de betteraves du champ x richesse = pds de sucre contenu dans les betteraves du champ. La pese gomtrique tait rentable pour de grandes superficies. Mais obligeait les sucreries faire rgulirement des contrles au cours de larrachage, du dcolletage. A larrivage les sucreries refaisaient la pese directe pour connatre le tonnage de betteraves entr usines. Il y a 65 ans que les rceptions en Europe se font par la pese directe. Au Maroc, depuis le dmarrage de la premire sucrerie en 1963 (SUNAB) la totalit des usines utilisent la pese directe des betteraves par pesage sur des ponts bascules installs dans les centres de rception. Les instruments de pesage servant la rception des betteraves, (ponts bascules, bascules d'chantillons, de poids brut et de poids net), sont vrifis, talonns et poinonns par les services des poids et mesures avant chaque campagne. Le certificat dtalonnage est affich au centre de rception. Les instruments de pesage et danalyse de la richesse comportent des dispositifs dindication et dimpression. Les centres de rception de certaines sucreries sont entirement automatiss et informatiss. Dans tous les centres de rception, les chantillons sont rpertoris numriquement ou par codes barre de manire respecter lanonymat du planteur de la betterave. Toutes les indications sont visibles pour contrles. Les rceptions de betterave se font suivant un programme hebdomadaire des livraisons. Toutes les informations concernant la parcelle, sont enregistres sur un fichier planteurs qui constitue la base de donnes sauvegardes sur PC et qui servira pour toutes les oprations de rception. Les oprations sont assures par des badges encods. Voir pour exemple le logigramme de la sucrerie des Doukkala COUMAR.

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DETERMINATIONS QUANTITATIVES DES LIVRAISONS Peses des camions ou chariots: La dtermination du poids des betteraves se fait lentre de lusine par pesages sur pont bascule. Le poids brut de betteraves est gal au poids du vhicule pes charge, lentre du centre de rception, diminu du poids du vhicule pes vide la sortie, aprs dchargement des betteraves. Le poids net des betteraves est gal au poids brut des betteraves diminu des impurets dtermines par lchantillon. Le pont bascule est constitu dun tablier en bton sur charpente mtallique, pos sur jauges de contrainte ou sur leviers classiques, avec tte de pesage et imprimante. Les dimensions et la force sont dfinies suivant la capacit des vhicules en service. (Gnralement: force de 50 100 tn, longueur de 18 22 m, largeur 3 m). La prcision des peses est de 10 kg. Pour la norme Marocaine (NM08.5.111), la valeur de lchelon dindication et dimpression doit tre au maximum de 20 kg. Balances destines la dtermination des impurets des chantillons prlevs : Les chelons dindication et dimpression doivent tre au plus gaux 100 grammes. (NM). . DETERMINATIONS QUALITATIVES PRELEVEMENT DES ECHANTILLONS La prise dchantillon a lieu ds la fin de la pese du camion charg. Un seul chantillon par chargement. Le poids de lchantillon est de 20 kg au minimum (NM), (plage de 20 40 kg) et en une seule prise, laide dune sonde mcanique appele Rupro. En cas dimpossibilit ou de force majeure, le prlvement sera effectu manuellement et en prsence du reprsentant des betteraviers en tenant compte de lhtrognit du chargement du point de vue taille des betteraves. Cet chantillon servira dabord la dtermination des impurets, (terre, herbes, pierres, feuilles, collets,), appliquer au poids du chargement et ensuite, la mesure de la teneur en sucre. La sonde est forme dun tube de section carre ayant 22 cm de ct (NM 20 cm de cot au moins), mini dune trappe deux mchoires. La sonde plonge verticalement sans coup sur toute la hauteur du chargement pour prlever lchantillon avec la terre qui a tendance tomber au fond de la benne pendant le transport. La sonde arrive au fond du camion, la trappe mchoires se ferme et la sonde remonte avec lchantillon. Il est important que les extrmits de la sonde ainsi que les mchoires soient bien afftes et que les roues des camions doivent tre cales avant de manuvrer la sonde. DETERMINATION DES IMPURETES Lchantillon est pes dans un casque peseur automatique (ou sur bascule), avec impression dun ticket ou dition du poids sur le listing du PC tare. Il est ensuite lav leau propre, pour tre dbarrass de la terre et des petits cailloux quil contient, dans une laveuse approprie. La laveuse est compose dune cuve en fonte fixe et au fond , un plateau surface ondule tournant sur un axe vertical; le jeu entre le diamtre du plateau et la cuve est de lordre de 1 mm, pour viter l'extraction des morceaux de betteraves.

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Le temps de lavage et la pression deau rpondent aux prescriptions du constructeur du matriel utilis et la quantit et la nature de la terre. La NM fixe la dure 3 mn maxi, la pression deau entre 3 et 15 bars, la temprature de leau 37 C au maximum.( En pratique le temps va jusqu 7 mn maxi, la pression de 10 12 bars et la temprature 35 C). Une porte de sortie commande automatiquement par vrin la fin du cycle, souvre et les betteraves laves tombent dans une case dun transporteur palettes en bois. Chaque chantillon repr occupe une case de telle manire que le mlange entre chantillons soit impossible. Lavancement se fait pas pas, case par case, les betteraves sgouttent et peuvent subir un ressuyage sous laction dun ventilateur pour liminer uniquement l'eau superficielle. La dure dgouttage et de ressuyage est de au moins 2 mn. Certaines sucreries utilisent encore des paniers pour rcuprer les betteraves laves. Les betteraves passent devant des dcolleteuses couteaux, actionns par des vrins pneumatiques commands la main par les oprateurs, le dcolletage se fait galement par des couteaux disques tournants. Dans certaines sucreries, le dcolletage se fait encore avec des couteaux main, dans tous les cas les couteaux doivent tre bien affts. Les oprateurs transvasent les betteraves propres et dcolletes dans un deuxime transporteur cases, qui est parallle au premier. Les collets et dchets sont recycls au lavoir. Dans le cas d'un seul transporteur cases, les collets et les dchets sont transvass dans la petite case du transporteur, rcuprs et envoys au lavoir. Les betteraves doivent tre soigneusement dcolletes, car lusine nachte que la racine dcollete riche en sucre. Le dcolletage se fait par section plane la naissance des premires feuilles, constitue par la base de linsertion foliaire et dont les traces doivent rester apparentes sur la section de la betterave dcollete. En fin de leur parcours, les betteraves sont peses dans un casque peseur automatique, ou dans des bascules pour les centres utilisant des paniers. DETERMINATION DE LA TENEUR EN SUCRE Il s'agit de dterminer la richesse saccharine des betteraves. La mesure saccharimtrique est effectue sur un filtrat rsultant de la digestion aqueuse froid de l chantillon de la rpure. (La digestion permet la mise en solution du sucre contenu dans la betterave, pour analyse). A - Prparation de la rpure: L'chantillon, de betteraves propres, destin tre transform en rpure devra peser au minimum 10 kg. Par un systme de trappes, qui assure le fractionnement de l'chantillon sans effet slectif, les betteraves passent dans un systme de rpage, (rpe chantillonneuse). On trouve deux types agrs de rpes : Maguin et Blache Dans un cas comme dans l'autre, on passe environ 12 kg de betteraves pour obtenir 200 300 gr d'chantillon moyen, trs finement divis, appel rpure. Les tranches sont vacues. La rpure est trs fine pour rpondre aux exigences de la digestion aqueuse froid. Elle est rcupre en totalit dans un bol avec couvercle. Au cas o la quantit de rpure dpasse le volume du bol, l'chantillon global doit tre bien mlang avant la prise pour viter de prendre un chantillon slectionn au moment de la projection par les disques de la rpe. La rpure est homognise dans le bol, avant sa fermeture, par un mlangeur pendant quelques secondes de 3 7 secondes au maximum. La rpure sera conserve dans le bol ferm la temprature ambiante du laboratoire de 20 C 25 C et une hygromtrie de 80 85 %, jusqu' impression ou validation du rsultat de la mesure saccharimtrique par les parties concernes.

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La prparation du jus de la rpure permet, de donner un filtrat clair, qui passant dans le tube de longueur 200 mm du saccharimtre de charge type 13, donne directement le % du sucre de l'chantillon. (Voir ci-aprs le principe du saccharimtre). La sucrerie utilise une balance proportionneuse qui dlivre un volume, ou un poids de solution de sous actate de plomb, proportionnel au poids de rpure pes. Le poids de rpure se situe dans une fourchette de 25 27 grammes. A partir de 26 grammes de rpure, il convient d'obtenir 200 ml de solution de jus de betteraves. Pour ce faire, il est ajout un volume de 177 ml de la solution de sous actate de plomb prpare conformment aux normes de l'ICUMSA (International Commission for Uniform Methods for Sugar Analysis). L'chantillon de 26 gr est plac sur la balance en interposant un papier cristal fin tar pour ne pas salir le plateau de la balance proportionneuse et pour viter le collage des dbris de rpure sur le plateau. Le papier cristal se dlabre compltement au cours de la digestion. La balance doit tre bien au niveau et en vrifiant priodiquement les volumes ou les poids de la solution de sous actate de plomb dlivre par la balance. Normes de mlange 20C, partir d'une solution 2.5 % de sous actate de plomb satur : Poids de rpure en grammes Volume de solution ajouter en ml Poids correspondant de la solution 25 170.2 171.12 26 177 177.96 27 183.8 184.79

Le volume de 177 cc dlivr par la balance 0.2 cc et 20 C donne un poids de 177.96 g 0.2 g. En pratique on tolre une prcision de la balance proportionneuse de 0.5 cc. (NM 08.5.111). Justification du volume de la solution ajout au poids de la rpure: Rappel sur la composition de la racine de la betterave:

La rpure est compose d'une phase insoluble dans la solution c'est la cellulose appele Marc, (constituant de la paroi cellulaire), et d'une phase soluble dans la solution c'est le jus cellulaire (jus compos d'eau, de sucre et impurets solubles).

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Eau (E) 75.5 Rpure 100 Matire sche (MS) 24.5 MS solubles 19.85

Sucre (S) ou (Pol) 17.5

Jus cellulaire Bx : 20.82 Pol: 18.35 Pt: 88.15 pH: 6.4 NS: 2.46 95.35 % rpure

MS insoluble MARC 4.65 Pulpe

Non sucres (NS) 2.35

Rappel: (jus) 100 = S + NS + E = MS + E Brix (Bx) = % MS en solution = S /(MS +E)]*100 Puret (Pt) = (S/ Bx) * 100

Minraux 0.55 K, Na, Mg ,Ca, Cu,.

Organiques 1.80 Non azots (acides oxalique, citrique, pectique,) Azote collodal (protines) Azote soluble (acides amins, amides, btane..)

Si pour 100 gr de rpure le marc est de 4.74 g. Dans les 26 g d'chantillon de rpure on aura un marc de : m = (4.74 x 26) / 100 Poids du jus dans 26 gr = 26 - [(4.74 x 26) / 100] = 26 x [(100 4.74) / 100] Volume du jus dans 26 gr = poids du jus / densit du jus. Densit du jus = 1.075 Donc le volume de la solution de sous actate de plomb ajouter pour complter 200 ml est de : Volume = 200 - 26 x [(100 4.74) / (100 x 1.075)] = 177 ml. La balance proportionneuse doit tre pose de niveau et contrle rgulirement, (temps de vidange < 10 secondes, les proportions de rpure et solution). B Digestion de la rpure et filtration: La digestion et la filtration se font par l'intermdiaire d'une chane automatique de digestion et de filtration pourvue de godets, dont chacun reoit un chantillon et synchronise avec la balance proportionneuse. La dure de digestion est d'environ 3 mn. Le mlange solution rpure est agit priodiquement pour obtenir une parfaite diffusion dans la solution, du sucre contenu dans la rpure. L'agitation se fait par un champ lectrique tournant qui fait tourner des clous

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placs dans les godets, (clous de 2.5 3 mm et long 35 40 mm). Les godets sont munis d'aimant souds sur les bords qui rcuprent les clous au moment du transvasement de la solution pour filtration. La solution est filtre sur un filtre en papier qui retient les impurets prcipites par le sousactate de plomb et les colorants adsorbs sur le prcipit, et laisse passer le filtrat qui doit tre clair et limpide. En cas de trouble sur le filtrat, il sera procd une seconde filtration. Si le trouble persiste, le filtrat peut tre rendu limpide par addition de quelques gouttes d'acide actique. Si le trouble persiste encore, la richesse sera refaite sur la rpure restante. Aprs filtration les godets sont lavs et schs. C - Lecture saccharimtrique : La polarisation du filtrat est effectue sans dlais au moyen du saccharimtre automatique quip d'un tube continu. La totalit du filtrat doit traverser le tube avant l'arrt de la circulation et de l'excution de la mesure. L'affichage donne directement la richesse de l'chantillon au dixime degr saccharimtrique. Dmonstration de la richesse donne par la lecture directe du saccharimtre: (mesure indpendante de l'homme). Poids de rpure = 26 gr Volume de la solution de sous actate de plomb = 177 cc (centimtre cube) Charge type du saccharimtre (CT) = 13 gr (sous-multiple de 26) Longueur du tube = 200 mm. 1 S = 0.13 gr de sucre (voir dfinition cite prcdemment pour CT de 13) Le filtrat de la rpure pass dans le saccharimtre a donn une lecture = 17.5 Par dfinition la lecture x 0.13 = % du sucre pour une solution passe sans dilutions. Dans le cas de la rpure on a procd une prparation pour extraire le sucre, dans le calcul on doit en tenir compte. Dans 200 cc de volume global on a 26 gr de rpure, ou dans 100 cc de volume global on a 13 gr de rpure. 17.5 x 0.13 = gr de sucre % cc de filtrat qui provient de 13 gr de rpure = gr de sucre pour 13 gr de rpure, et pour 100 gr de rpure on aura : (17 x 0.13 x 100) / 13 = 17 gr de sucre % gr de rpure = richesse = lecture directe

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2-2 STOCKAGE ET LAVAGE BETTERAVES

Processus rception betterave

Dchargement hydraulique point fixe

Dchargement sec point fixe

Dcrottage et stockage dans silos, Abattage hydraulique Transport hydraulique caniveaux Epierrage Esherbage

Dchargement par bascule mobile avec dcrottage et stockage dans des cours plat

Terre

Transport sec par bandes transporteuses Dcrottage

Pierres Herbes

Terre

Lavage Laveur tambour Epierrage Pierres

Relevage des betteraves, par pompe, roue, bduvv

Esherbage Lavage Tambour laveur rinceur ou laveur bras avec rinage spar,

Herbes

Rinage Tambour rinceur

Tamisage des eaux, tapis ou tambour balistique

Radicelle

Sparateur magntique

Herbes

Trmie des coupe-racines

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Circuit des eaux

Eau propre d'appoint

Eau dcante

Dchargement hydraulique

Abattage

Transport Antimous se Laveur finisseur Laveur Petit lait de chaux Eau dcante

Dessablage Sparation herbes et radicelles

Dcanteur

Dessablage sherbage

Boues

Sable

Herbes

Radicelles

Sable

Herbes

Etangs de stockage

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2-2-1 COUR A BETTERAVES Lexigence dun rendement optimum dextraction du sucre partir dune betterave saine, loyale et marchande implique une grande attention porter au fonctionnement de tous les ateliers de la fabrication. La cour betterave et le lavage tant les premiers maillons de la chane de fabrication du sucre, ils conditionnent lensemble de la fabrication. On distingue : - Dans les sucreries des pays de climats froids, les temps favorables larrachage provoquent des stocks importants, dans des cours de collecte amnages dans les diffrents champs de betteraves. Larrachage est ralis avant la couverture des terres avec la neige. Larrachage est activ galement pour pouvoir labourer les terres dans la saison des crales. Aprs 60 jours de stockage 2C, le glucose provenant de lhydrolyse du saccharose, passe de 1mg/ml de jus 1.5 mg/ml. En cas de betterave gele, il faut les traiter en priorit avant le dgle qui favorise le dveloppement microbien. - Dans les sucreries des pays de climats chauds, larrachage se fait suivant la capacit quotidienne des sucreries. Le stockage des betteraves ne doit pas dpasser 20 heures pour viter leur chaudage. Aprs 10 jours de stockage 25C, le glucose provenant de lhydrolyse du saccharose, passe de 2mg/ml de jus 6 mg/ml. (source :GREADY R.N and GOODWIN J.C (1966). Les objectifs de la cour betteraves : Disposer dune capacit de stockage suffisante compte tenu des contraintes darrachage et de transport, et le stockage pour le poste de nuit, car les oprations de rceptions ne se font que dans la journe, en deux postes seulement et sarrtent entre 10 heures du soir et 6 heures du matin. Or, il ya un impratif absolu pour lusine : Cest une alimentation rgulire 24 h sur 24 h ; on doit pouvoir adapter lalimentation au rythme de la fabrication et mme arrter lalimentation, si ncessaire. Les problmes dapports discontinus des betteraves par les camionneurs et dalimentation de lusine 24 h. sur 24 h. sont rsolus par le stockage sur silos. Le stockage permet de transformer une alimentation discontinue en une alimentation continue et permettre la fluidit des rotations. Labattage commence par les betteraves les premires arrives. - Perdre un minimum de sucre au stockage suite aux dgradations, physiques, chimiques et microbiologiques de la betterave : La betterave arrache et stocke continue respirer (inspiration, expiration, transpiration et vaporation de leau) et consommer ses rserves de sucre, (reformation des feuilles par les bourgeons des betteraves males dcolletes, cicatrisation des blessures) en parallle les protines en se dgradant font baisser la puret de la betterave et le sucre polarisable va augmenter suite lhydrolyse de la pectine du marc : pouvoir rotatoire = +230 Ractions de consommation du saccharose : (le saccharose sert de substrat aux microorganismes) En prsence doxygne, raction doxydation, Respiration (betterave are).

C12 H22 O11 + 12 O2 + H2O

12 CO2 + 12 H2O + 675 Kcal

La vitesse de respiration augmente avec la temprature ambiante et la dure de stockage. En absence doxygne, raction de fermentation (betterave non are).

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C12 H22 O11 + H2O

4 CO2 + 4 C2H5 OH + 25 Kcal

Contrairement la respiration arobie, la fermentation est un processus microbiologique se produisant en labsence doxygne. La raction de fermentation, en commenant par lhydrolyse du sucre en glucose fructose produit une grande varit de produits organiques, dont lalcoolique thylique. Elle provoque la mort de la betterave en favorisant lactivit microbienne. Les micro-organismes, Cocci, en consommant le sucre forment des polymres qui donnent des solutions trs visqueuses. Les polymres sont groups sous le nom de DEXTRANE. Les jus visqueux faussent les mesures et entranent des difficults de filtration. Donc la dure de stockage de la betterave arrache a un impact considrable sur sa valeur quantitative et qualitative. Un stockage prolong conduit une perte en sucre et une baisse de la qualit technologique de la betterave et par consquent une baisse du rendement dextraction de la sucrerie. En plus de la baisse du rendement dextraction, la sucrerie est pnalise au niveau du paiement du sucre la rception qui ne prend pas en compte les corps provenant de la dgradation qui polarisent en mme temps que le sucre. Dans les meilleures conditions de stockage, les pertes de sucre dues la respiration sont estimes 0.04 % b et passent 60kg de sucre par tonne de betterave par semaine 35 C. - Respecter lintgrit de la betterave au cour des diffrentes manutentions (minimum de casse de betterave et conservation par une bonne rotation des stocks). - Consommer un minimum deau et dnergie. Avant la mise en stock dans les cours de collecte et les silos, certaines usines procdent un dterrage par dcrotteurs sur champs ou sur cour de lusine. - La betterave sjourne augmente de densit et entrane des difficults davancement dans les caniveaux, Modes de dchargement des betteraves : Dchargement au point fixe Dchargement sur cour plat Modes de stockage des betteraves : Stockage sur cour plat Stockage mcanique sur grande hauteur Modes de reprise des betteraves : Reprise par point fixe : a- la reprise hydraulique partir du stock b- dchargement hydraulique alimentant direct le caniveau betteraves c- la reprise sec Reprise sur cour plat : a- installation fixe avec reprise par roue-pelle (type hippodrome ou circulaire) b- installation fixe avec reprise par chargeur ou pousseur sur tapis ou point fixe. - Par caniveaux aliment par un extracteur : dans les caniveaux, un flux permanent deau entrane et crte les dbits instantans des betteraves. La chute, amortie par le courant deau, ne provoque pas de casses significatives. c) - Cour flat pad (arrosage de laire de reprise des betteraves pour constituer un film deau permettant laquaplaning des betteraves pousses par le chouleur).

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Vitesse de respiration : loi de Vant-Hoff Vt = Fsp x V0 x e 0.12 t Vt = vitesse de respiration t C, pour une respiration normale, Fsp =surface spcifique de la racine en cm2 / g V0 = vitesse de respiration 0C 0.12 = facteur de croissance

2-2-2 ATELIER DE LAVAGE 75

Les fonctions de latelier de lavage sont : - dbourbage lavage, - pierrage dessablage, - sherbage, - rinage gouttage, - dferraillage. Les objectifs de latelier de lavage : obtenir des betteraves propres (sillons saccharifres propres), 1- conserver lintgrit physique de la betterave, 2- obtenir une bonne sparation des dchets en vue de leur valorisation, 3- rcuprer les radicelles pour les rincorporer dans les betteraves laves, 4- rgulariser au mieux lalimentation de lusine, quelles que soit la tare en quantit et en qualit. Limportance dun lavage correct est primordiale : Pour le processus de fabrication : - viter d'endommager les appareils de dcoupage, rduction de la consommation des couteaux et usures aux coupe-racines, viter de souiller les jus, rduction des infections et usures des diffusions, moins dusure des pompes, amlioration de la filtrabilit et de lpuration des jus. Pour le processus du pressage, de schage et de lagglomration des pulpes : - viter lusure des tles perfores des presses pulpes, viter lusure des filires des presses pellets, limiter les matires minrales insolubles dans les pulpes sches. Lefficacit de lavage est apprcie par la mesure de la tare rsiduelle des betteraves en fin du lavage. La tare rsiduelle doit tre infrieure 0.2 %. Diffrents types de laveurs : voir croquis ci-joints 2-2-3 Eaux de lavage Les eaux de lavage subissent un traitement antiseptique et une correction de p H. Pour la dsinfection, leau de javel ou le chlore sont les plus utiliss. Ils sont ajouts dans les eaux de rinage pour viter leur destruction par la matire organique. La correction du pH est assure par lajout du petit lait de chaux, pour garder un pH entre 8.5 et 9.5. Ajout des anti-mousses pour liminer la mousse 2-2-4 PERTES EN SUCRE Les diverses installations utilises peuvent provoquer des blessures par chutes, par chocs et par arbres en mouvement. Il y aura sur les faces blesses un dbut de diffusion au cours du travail ce stade. La dure de sjour dans leau augmente cette perte par diffusion ; les eaux tides ou chaudes sont dconseilles. Lemploi deau froide de 15 25 C selon le climat du pays. 2-2-5 TRAITEMENT DE LA TARE La terre est vhicule par leau de lavage (eau terreuse). En rgle gnrale, il faut entre 0,5 et 1 m3 deau / tonne de betteraves. Exemples de traitement de leau terreuse : - Dcanteur paississeur racl ou non - Bassins de dcantation - Epandage des eaux boueuses (La plupart des sucreries Franaises les rcuprent dans les champs et aprs traitement).

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2-3 DECOUPAGE DIFFUSION ET PRESSAGE PULPE Processus LAVOIR

Trmie betteraves

Dcoupage Antimousses Contrle dcoupag e Formol

Vapeur des cuites et eau chaude

Vapeur

Point froid (tapis) Rchauffage jus de 40 73 C DIFFUSION Eau frache acidifie et rgule en TC + gyps

Contrl e TC

Contrl e TC

Contrle puiseme nt

Bac jus 73 C

Rchauffage Jus 75 C

Pesses pulpe

Dessablage pulpage Jus soutir vers processus puration Pulpe presse vers processus schage

Epulpage

Rchauffage eau de presses

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INTRODUCTION L'extraction du sucre partir de la betterave, utilise depuis plus d'un sicle le procd par diffusion, demeur identique sur le plan thorique, mais ayant bnfici de nombreuses amliorations technologiques, en partant des diffusions vases puis aux diffuseurs continus. Ce procd permet dextraire 97 98 % du sucre contenu dans la betterave, ce qui constitue gnralement le choix technico-conomique le plus favorable du fonctionnement de latelier. Lexigence dun rendement dextraction trs lev par un procd de diffusion implique un dcoupage prcis de la betterave en fines lanires appeles cossettes et le conditionnement thermique de ces dernires pour permettre le passage du saccharose de l'intrieur des cellules vers le liquide d'extraction. La betterave est constitue d'une multitude de cellules microscopiques spares par une paroi cellulosique permable (structure de soutien constitue de cellulose et d'hmicellulose), tapisse d'un protoplasme. Entre la paroi cellulosique et le protoplasme se trouve une autre paroi ectoplasme semi-permable (se laisse traverser par l'eau et abrite les substances dissoutes dans le jus cellulaire). A l'intrieur de la cellule on trouve le noyau et des vacuoles, qui constituent les espaces occups par une solution sucre impure (jus sucr). L'extraction du jus par diffusion est base sur le principe de l'osmose (diffusion entre deux solutions de concentration diffrente, travers une membrane permable ou semi-permable). En effet, la rpartition du saccharose dans la structure cellulaire n'est pas homogne, c'est la vacuole qui constitue le vritable espace accumulateur. Les molcules de saccharose doivent traverser deux parois pour passer de la vacuole vers le liquide d'extraction. Si la paroi cellulosique est permable, la membrane cytoplasmique semi permable et s'oppose au passage du saccharose. Pour rendre l'extraction possible, il faut transformer cette structure en dnaturant les protines (lments constitutifs du cytoplasme). Cette dnaturation s'obtient par action de solvants organiques de faible polarit ou par action de la chaleur (chaudage). C'est ce dernier moyen qui est employ en sucrerie, les cossettes sont portes 70 72 C par du jus brut rchauff 85 90 C. Ce traitement thermique entrane la coagulation des protines, le cytoplasme se rtracte et la vacuole est mise au contact de la paroi cellulosique, structure permable qui laisse passer le sucre vers le liquide d'extraction (voir ci-dessous dessin simplifi de la cellule). Mais le sucre en solution dans le cur de la cossette sortira d'autant plus vite que la distance parcourir pour atteindre la surface de la cossette sera plus courte. C'est pourquoi les lanires doivent tre fines et avoir la plus grande surface possible pour autoriser la sortie rapide du sucre. Mais il faut que cette surface baigne dans le jus de diffusion qui l'entoure. Si les lanires sont trop plates et fines, elles vont se coller en partie les une contre les autres; la sortie du sucre par les surfaces colles se fera mal; on aura tendance crer une masse impntrable pour le jus de diffusion. Si elles sont trop grosses, le sucre mettra plus de temps pour migrer vers la surface. D'o l'ide trs ancienne, de fabriquer des cossettes dites "fatires" qui sont en forme de V. Elles prsentent, d'une part une grande surface et d'autre part une bonne rsistance mcanique (elles ont une forme de poutre). Cette rsistance va viter les phnomnes de tassage et la formation de masses impntrables par le jus. L'angle au sommet est de 74 (indpendant du nombre de divisions des couteaux). Il a vari dans le pass entre 60 et 90. Il est trs vraisemblable que cet angle de 74 est optimum.

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L'chaudage permet galement d'inactiver les microorganismes msophiles et les enzymes responsables du dveloppement dans la coloration et la solubilisation de la pectine: tyrosinase et pectine estrase. Dans la pratique, il y a une diffusion des lments provenant des cellules ouvertes par le dcoupage d'environ 20 25 % suivent le % de la rpure et l'tat d'usure des couteaux et la diffusion due la dnaturation des cellules par chaudage.

Schma dune cellule de betterave avant et aprs chauffage

Membrane ectoplasmique

Noyau + Mitochondrie

Membrane cellulosique

Jus sucr (16-20%)

Schma dune cellule de betterave avant et aprs chauffage.

Mais avant de continuer sur la diffusion et sur ses diffrents paramtres de conduite, nous analyserons l'atelier de dcoupage. 2-3-2. LES COUPE RACINES Le dcoupage est d'une importance capitale dans la fabrication. De sa qualit dpendent directement : - Le soutirage (nergie), les puisements (pertes de sucre), la qualit du jus (puration et cristallisation), le dbit journalier (tassages et gouttage) A la diffrence des autres ateliers de la sucrerie celui-ci exige une part d'intervention humaine importante. Au point que mme avec un quipement trs performant, le rsultat sera mdiocre si le personnel n'est pas suffisamment qualifi et surtout motiv. Le poste de dcoupage exige une grande rigueur et une attention permanente. Cet atelier en dehors des paramtres de rglage et d'entretien analyss ci-aprs, dpendra de la qualit du nettoyage des betteraves et des corps trangers qui viendront perturber la marche des coupe-racines. L'atelier de dcoupage comprend : La trmie betteraves et les coupe-racines Le matriel

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Il existe 2 types de coupe-racines: tambour et plateau (voir croquis ci-joints) (D'autres types de coupe-racines ne sont pas cits dans le prsent document, car ils sont en voie de disparition). Fabrication de la cossette faitire

Passage couteau A

Passage couteau B

Dcoupage aprs A + B

Cossettes fatires

Passage couteau A

Dcoupage aprs A + B + A Cossettes fatires Passage couteau B

Dcoupage aprs A + B +A+ B

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2-3-3 THEORIE DE LA DIFFUSION 2-3-3-1 les attentes - extraire le maximum de sucre dans les conditions conomiques optimales, - extraire le minimum de non sucres, pour un traitement postrieur conomique, - permettre la meilleure pressabilit des pulpes, - viter les dgradations du sucre, qui en plus de pertes en sucre, poseraient des problmes dans le traitement postrieur. 2-3-3-2 Alimentation de la diffusion a- Bande cossettes La bande cossettes comporte un dispositif de pesage en continu qui fournit : - le dbit instantan - lintgration du dbit donnant la totalit du tonnage pass. 2-3-3-3 Proprits fondamentales de la diffusion Principe : les concentrations des substances solubles squilibrent avec le temps lors de la mise en contact de deux milieux dont un au moins est liquide, (solvant). En sucrerie, llment dont la diffusion nous intresse est le saccharose. Mais toutes les substances solubles de la betterave vont diffuser, ce qui reste, ce sont les cossettes puises, constitues de marc avec un faible % de sucre et des non sucres. Le phnomne de diffusion est limit par lquilibre des concentrations. Le phnomne est irrversible. Nous allons considrer le cas de la betterave en examinant - une cellule vivante de la betterave, lopration dchaudage et ltat de la cellule aprs chaudage (voir chapitre 1, introduction). 2-3-3-4 Lois de la diffusion La diffusion suit les lois de Fick, il s'agit de lois empiriques qui ont reu une dmonstration thorique par Albert Einstein. En 1855, FICK a dvelopp une thorie mathmatique de la diffusion qui sexprime de la manire suivante