ARTICLE
Auteur(s) :, Hilaire
Macaire Womeni1,*, Robert Ndjouenkeu2,
César Kapseu2, Michel Parmentier3
1Département de biochimie, Faculté des sciences,
Université de Dschang, BP 67 Dschang /Cameroun
2Ecole nationale supérieure des sciences
agro-industrielles (ENSAI), Université de Ngaoundéré, BP 455
Ngaoundéré, Cameroun
3Laboratoire de physico-chimie et génie alimentaires,
ENSAIA – INPL, 2, avenue de la Forêt de Haye, 54500
Vandœuvre-les-Nancy cedex, France
Le karité (Butyrospermum parkii (G. Don) Kotschy) est un arbre
africain de la famille des Sapotacées, typique des savanes arborées
soudaniennes, surtout connu par le beurre extrait de ses amandes,
d’où l’appellation d’arbre à beurre. Les procédés d’extraction de
cette matière grasse comprennent certaines opérations unitaires
critiques pour la qualité du beurre, comme l’a montré une analyse
des procédés traditionnels d’extraction suivant un référentiel
HACCP [1] : le dépulpage des fruits, le décorticage et la
cuisson des graines, le séchage et le broyage des amandes,
l’extraction proprement dite. Le séchage des amandes se fait
généralement au soleil ou par fumage. Or, les amandes ayant une
teneur initiale en eau élevée, elles offrent des conditions
favorables à l’activité des enzymes de dégradation comme celles des
micro-organismes présents. Par conséquent, les techniques lentes de
déshydratation des oléagineux conduisent à des huiles dont la
qualité est souvent dégradée [2]. L’utilisation du séchage par
friture avant l’extraction d’huile réduit rapidement la teneur en
eau et limite les risques de développement microbiologiques, de
pollution et de dégradations chimiques comme l’oxydation. De plus,
la mise en œuvre de cette technique est simple, et son coût global
(main-d’œuvre et énergie) plutôt faible [3, 4]. Si la friture est
depuis longtemps connue comme mode de cuisson des aliments, son
utilisation comme moyen de déshydratation est plus récente. La
déshydratation des produits amylacées a été étudiée en relation
avec les variables du procédé, notamment ceux à base de pommes
[5-8], de la pâte de maïs [9, 10], de plantain [11, 12] de patate
[13] ou de manioc [14-16]. Les principales applications du séchage
par friture de produits à la fois riches en eau et en matières
grasses, sont le séchage de la noix de coco et celui des déchets
d’équarrissage. Les travaux de Merion [17] ont montré que ce
procédé pouvait également être appliqué à la pulpe d’avocat. Cette
technique a permis l’amélioration de la qualité de l’huile de coco,
dont l’extraction était handicapée par la qualité du coprah obtenu
par séchage solaire des tranches d’amandes de coco [18].
L’utilisation de cette technique pour déshydrater les amandes de
karité permettrait en peu de temps de ramener la teneur en eau de
plus de 50 % à une valeur de 10-15 %, optimale pour
l’extraction du beurre [19]. Les investigations menées sur le
procédé de friture ont révélé que la température du bain et le
temps d’immersion des produits sont les principales variables de
conduite dont dépendent le transfert de masse [20] et les
transformations et réactions secondaires dans les produits [6].
L’objectif du présent travail est d’étudier l’intérêt de
l’application de la technique de séchage-friture aux amandes de
karité par le suivi de la cinétique de séchage en fonction des
variables de commande et la détermination des modèles d’expression
de la teneur en eau en fonction du temps.
Matériel et méthodes
Les fruits du karité
Les fruits de karité utilisés ont été achetés sur le marché local
(Ngaoundéré, Cameroun). Ces fruits avaient une masse de 69 ±
22 g et contenaient une à trois graines (noix) protégées par
une coque dure d’un millimètre d’épaisseur environ, remplie par une
amande de masse 21,63 ± 6,80 g, de longueur 40,84 ± 51 mm
et de diamètre 27,25 ± 4,22 mm pour le petit axe et 31,56
± 3,57 mm pour le grand axe. La teneur en eau initiale est de
56,24 ± 2,74 %.
Le beurre de karité
Les essais de friture ont été réalisés dans du beurre de karité
acheté auprès des paysans. La masse volumique, les indices d’iode,
de saponification, d’acide et de peroxyde ont été déterminés par
les méthodes normées AFNOR [21] (tableau 1( Tableau 1 )).
Tableau 1 Caractéristiques du beurre de karité utilisé
pour la friture.
|
Caractéristiques
|
Valeurs
|
|
Masse volumique (g/ml)
|
0,92 ± 0,04
|
|
Indice de saponification
|
207,52 ± 7,78
|
|
Indice d’iode
|
89,46 ± 3,10
|
|
Indice d’acide
|
7,56 ± 1,68
|
|
Indice de peroxyde (meq/kg)
|
5,48 ± 0,16
|
La friteuse
La friture a été conduite dans une friteuse ménagère de marque
Kenwood à régulateur de température, conçue pour fonctionner avec
2-2,5 litres d’huile.
L’opération de friture
La première phase a consisté à suivre l’effet de la température
(120, 140, 160 et 180 °C) et du temps de friture sur la
cinétique de perte d’eau et d’absorption d’huile d’amandes entières
fraîches dans un rapport massique amande/beurre de 1/15 (120 g
d’amandes pour 1 800 g de beurre). La seconde phase a consisté à
suivre, selon un plan d’expériences composite centré, la variation
de la teneur en eau des amandes en considérant, outre la
température et le temps de friture, l’épaisseur des amandes et le
rapport massique amande/beurre. Les valeurs réelles et codées de
ces 4 variables de commande sont données dans le tableau 2( Tableau 2 ). Ce plan permet de calculer la
teneur en eau Y suivant l’équation du modèle :
Y = I + ax1 + bx2 + cx3 +
dx4 + ex12 +
fx1x2 + gx1x3 +
hx1x4 + ix22 +
jx2x3 + kx2x4 +
lx32 + mx3x4 +
nx42
I, a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l, m et n étant les
coefficients de l’équation.
En fin de friture, les amandes sont extraites du bain et placées
immédiatement sur du papier absorbant afin d’éliminer l’huile
superficielle. Les amandes frites et refroidies à température
ambiante sont ensuite pesées et leur teneur en eau et en huile
après friture sont déterminées.
Tableau 2 Valeurs codées et réelles du plan
d’expériences composite centré.
|
Valeurs codées
|
Valeurs réelles
|
|
Epaisseur des amandes
|
Température de séchage
|
Rapport massique (amandes/ beurre)
|
Temps de séchage
|
- Epaisseur des amandes
- (mm)
|
- Température de séchage
- (°C)
|
Rapport massique (amandes/ beurre)
|
- Temps de séchage
- (minutes)
|
|
Essais
|
x1
|
x2
|
x3
|
x4
|
x1
|
x2
|
x3
|
x4
|
|
1
|
0
|
0
|
0
|
0
|
10
|
150
|
0,05
|
6
|
|
2
|
0
|
0
|
0
|
0
|
10
|
150
|
0,05
|
6
|
|
3
|
1
|
1
|
1
|
1
|
14
|
165
|
0,06
|
8,8
|
|
4
|
1
|
1
|
1
|
– 1
|
14
|
165
|
0,06
|
3,2
|
|
5
|
1
|
1
|
– 1
|
1
|
14
|
165
|
0,04
|
8,8
|
|
6
|
1
|
1
|
– 1
|
– 1
|
14
|
165
|
0,04
|
3,2
|
|
7
|
1
|
– 1
|
1
|
1
|
14
|
135
|
0,06
|
8,8
|
|
8
|
1
|
– 1
|
1
|
– 1
|
14
|
135
|
0,06
|
3,2
|
|
9
|
1
|
– 1
|
– 1
|
1
|
14
|
135
|
0,04
|
8,8
|
|
10
|
1
|
– 1
|
– 1
|
– 1
|
14
|
135
|
0,04
|
3,2
|
|
11
|
– 1
|
1
|
1
|
1
|
6
|
165
|
0,06
|
8,8
|
|
12
|
– 1
|
1
|
1
|
– 1
|
6
|
165
|
0,06
|
3,2
|
|
13
|
– 1
|
1
|
– 1
|
1
|
6
|
165
|
0,04
|
8,8
|
|
14
|
– 1
|
1
|
– 1
|
– 1
|
6
|
165
|
0,04
|
3,2
|
|
15
|
– 1
|
– 1
|
1
|
1
|
6
|
135
|
0,06
|
8,8
|
|
16
|
– 1
|
– 1
|
1
|
– 1
|
6
|
135
|
0,06
|
3,2
|
|
17
|
– 1
|
– 1
|
– 1
|
1
|
6
|
135
|
0,04
|
8,8
|
|
18
|
– 1
|
– 1
|
– 1
|
– 1
|
6
|
135
|
0,04
|
3,2
|
|
19
|
α
|
0
|
0
|
0
|
18
|
150
|
0,05
|
6
|
|
20
|
– α
|
0
|
0
|
0
|
2
|
150
|
0,05
|
6
|
|
21
|
0
|
α
|
0
|
0
|
10
|
180
|
0,05
|
6
|
|
22
|
0
|
– α
|
0
|
0
|
10
|
120
|
0,05
|
6
|
|
23
|
0
|
0
|
α
|
0
|
10
|
150
|
0,07
|
6
|
|
24
|
0
|
0
|
– α
|
0
|
10
|
150
|
0,03
|
6
|
|
25
|
0
|
0
|
0
|
α
|
10
|
150
|
0,05
|
11,6
|
|
26
|
0
|
0
|
0
|
– α
|
10
|
150
|
0,05
|
0,4
|
Expression des résultats
• Teneur en eau : la teneur en eau des amandes frites, notée
TE, est déterminée par étuvage à 105 °C pendant
24 heures. Elle est calculée par rapport à la base humide et
s’exprime en grammes pour 100 g de produit initial :Où
m0 = masse de l’échantillon avant séchage à l’étuve et
met = masse de l’échantillon après séchage à l’étuve.
• Vitesse de perte d’eau. En effectuant notre essai de friture,
nous avons une masse m0 à sécher. Après un temps
t1 de friture, nous obtenons une masse m1. La
vitesse de séchage V (en g par minute) est donnée par :•
Teneur en huile. La teneur en huile (THBS), est exprimée
en gramme pour 100 g de matière sèche. La détermination de la
teneur en huile est effectuée par extraction au soxhlet à l’éther
de pétrole pendant 10 heures [22].Où mh = masse de
la matière grasse obtenue après extraction et ms = masse
des amandes (préalablement séchées à l’étuve).
On effectue une régression linéaire de la teneur en huile en
fonction de la teneur en eau pour chaque température.
Résultats et discussion
Évolution de la teneur en eau
L’évolution de la vitesse de perte en eau en fonction du temps de
friture des amandes est représentée par les courbes de la ( figure 1 ). Ces
courbes ont une allure classique de déshydratation des produits
végétaux riches en eau et présentent un seul maximum chacune. Elles
mettent en évidence trois parties du phénomène :
- – une phase initiale rapide au cours de laquelle la
vitesse maximale est atteinte (2 minutes) ;
- – une période de régime optimum (entre 2 et 30
minutes) ;
- – une décélération lente au cours de laquelle la vitesse
tend vers zéro.
La vitesse maximale à 120 °C est de 2,2 g.min–1
puis elle baisse pour atteindre au bout de 10 minutes de friture
une vitesse de l’ordre de 0,8 g.min–1 qui varie peu
pendant la phase suivante. Après 40 minutes de friture à
120 °C, la teneur en eau des amandes entières passe de 56 à
30 %. À 180 °C, la vitesse maximale atteint 8,0
g.min–1, puis baisse progressivement pour se stabiliser
autour de 2 g.min–1 et au bout 40 minutes de friture, la
teneur eau des amandes entières est ramenée à 6 % contre 18 et
12 % respectivement à 140 et 160 °C. L’augmentation de la
température de friture permet de réduire le temps nécessaire pour
atteindre une teneur en eau donnée. Cette réduction du temps de
friture par augmentation de la température de friture ne vérifie
pas les observations faites par Pravisani et Calvelo [23] qui ont
signalé que le temps de friture était indépendant de la température
de l’huile dans l’intervalle de 155 à 200 °C. Cette
observation leur permettait de noter que l’augmentation de la
température de friture n’est pas toujours bénéfique. Plusieurs
travaux traitant de la relation entre la teneur en eau et la durée
de friture ont montré que la perte d’humidité est proportionnelle à
la racine carrée du temps de friture [5, 24-26]. Dans le cas du
séchage de la pulpe d’avocat, Merion [17] montre que la teneur en
eau varie en fonction de la durée de friture, quelle que soit la
température, suivant un modèle exponentiel .
Les équations de régression du tableau 3( Tableau 3 ) ont été obtenues en appliquant cette
équation à nos données. On peut remarquer que l’intersection (b)
reste constante alors que la pente (a) varie. La moyenne des
intersections est de 4,020 ± 0,089. La pente varie avec la
température T de friture selon l’équation de régression
suivante :En utilisant la moyenne des intersections et en
remplaçant a par l’équation de régression, on obtient l’équation
globale suivante qui lie la teneur en eau des amandes après
friture à la durée et à la température de l’opération de friture
:La ( figure 2 )
présente les points expérimentaux et les courbes théoriques
découlant de cette équation. On note que l’augmentation de la
température de friture de 120 à 180 °C entraîne la baisse de
la teneur en eau d’équilibre de 30 % à 2 %. On remarque
également que quelques points expérimentaux s’écartent des courbes
théoriques, ce qui indiquerait que d’autres facteurs auraient un
effet sur la cinétique de déshydratation des amandes de karité par
friture. L’étude des transferts de masse et de chaleur pendant la
friture des produits amylacées montre que ces phénomènes de
transfert dépendent également de l’épaisseur des tranches et de la
teneur en eau du produit [7], ainsi que du rapport massique
produit/huile et de la vitesse d’agitation du bain [16]. Ainsi, un
affinement du modèle d’expression de la teneur en eau prenant en
compte l’épaisseur des amandes et le rapport massique amande/beurre
a été conduit selon un plan d’expériences composite centré. Dans ce
modèle, l’épaisseur des tranches (e) est exprimée en mm, la
température de séchage (T) en °C, le temps de friture (t) en
minutes et le rapport massique amandes/beurre (R) est
adimensionnel. On peut ainsi prédire la teneur en eau (TE) des
amandes après friture par l’équation de régression
suivante :L’analyse du modèle montre que la variation de la
teneur en eau dépend à 95,41 % des effets des variables
étudiées. Les effets significatifs (p < 0,05) sont ceux de
l’épaisseur des amandes, de la température de friture, du temps de
friture, du carré de l’épaisseur, du carré du rapport massique et
de l’interaction entre la température et le temps de friture.
Les courbes isoréponses de la ( figure 3 ) illustrent la
variation de la teneur résiduelle en eau en fonction du temps et de
la température de friture. On note que pour ramener la teneur en
eau des tranches d’amandes de karité à 10-15 % qui a été
signalée comme optimale pour l’extraction [19], il faut les
immerger pendant plus de 6 minutes dans un bain de beurre de karité
porté à une température supérieure à 140 °C. Ces conditions
optimales sont en accord avec les observations faites précédemment
sur l’étude cinétique.
Les courbes isoréponses de la ( figure 4 ) (variation de la
teneur en eau en fonction de l’épaisseur et du temps de friture)
montrent que la teneur en eau des amandes optimale pour
l’extraction du beurre est obtenue avec les tranches de moins de
12 mm d’épaisseur, frites pendant plus de 6 minutes. Le
rapport amande/beurre (masse/masse) conduisant à cette teneur en
eau doit être inférieur à 0,06 pour les durées de friture
supérieure à 6 minutes (( figure 5 )). Il apparaît
difficile d’atteindre de très faibles teneurs finales en eau sur
des tranches épaisses, même lorsque le rapport massique devient
faible: au bout d’un certain temps de friture il y a formation
d’une croûte qui limite l’évaporation de l’eau [27, 28]. En
revanche, la friture de tranches fines sous de faibles rapports
massiques permet d’atteindre de faibles humidités résiduelles des
amandes en peu de temps.
Tableau 3 Résultats de la régression exponentielle des
teneurs en eau.
|
Equation
|
r2
|
|
Interception (b)
|
|
120
|
TE = Exp (4,047 - 0,011 t)
|
0,889
|
– 0,011
|
4,047
|
|
140
|
TE = Exp (3,973 - 0,026 t)
|
0,991
|
– 0,026
|
3,973
|
|
160
|
TE = Exp (3,928 - 0,034 t)
|
0,976
|
– 0,034
|
3,928
|
|
180
|
TE = Exp (4,132 - 0,055 t)
|
0,974
|
– 0,055
|
4,132
|
Évolution de la teneur en huile
La quantité d’huile absorbée par les amandes frites dépend du temps
de friture. De plus, une corrélation linéaire négative est observée
entre les teneurs en huile et en eau (tableau 4( Tableau 4 )). Plusieurs facteurs ont été rapportés
pouvant affecter l’absorption d’huile et les points de vue sont
parfois divergents. Par exemple, Fan et Arce [29], mentionnent que,
dans un certain intervalle de température donné, l’augmentation de
la température de friture réduit l’absorption d’huile, alors que
pour Gamble, Rice et Seldman [25] la quantité d’huile absorbée par
les pommes de terre est indépendante de la température de friture.
Ces mêmes auteurs suggèrent l’existence d’une corrélation linéaire
entre la perte en eau et l’absorption d’huile, alors que Du Pont
Kirby et Smith [30] ne trouvent pas de relation entre ces deux
variables.
Tableau 4 Résultats de la régression linéaire des
teneurs en huile (TH) et en eau (TE).
|
Equation
|
r2
|
|
120
|
TH = 60,396 - 0,263.TE
|
0,847
|
|
140
|
TH = 65,917 - 0,384.TE
|
0,882
|
|
160
|
TH = 59,872 - 0.208.TE
|
0,892
|
|
180
|
TH = 59,140 - 0,188.TE
|
0,836
|
Comparaison séchage-friture et séchage convectif
Le temps de séchage par friture est considérablement réduit par
rapport au séchage convectif à l’air. Par exemple, pour atteindre
une humidité de 30 % avec des amandes entières fraîches, il
faut plus de 60 heures pour un séchage au soleil, une
vingtaine d’heures par séchage électrique à convection forcée et
seulement 15 à 40 minutes par friture (tableau 5( Tableau 5 )). Cette différence est évidemment liée
à la température de séchage : 120 à 180 °C en friture contre
50 à 60 °C par séchage électrique et encore moins par séchage
au soleil (22 à 43 °C observés pendant la saison des pluies).
Dans ces conditions de faibles températures et longues durées
d’exposition, les lipases restent activent, dégradent les graisses
et entraînent ainsi l’augmentation de la teneur en acides gras
libres, ce qui détériore la qualité marchande du beurre de karité
extrait par la suite.
Tableau 5 Temps de traitement des amandes de karité
nécessaire pour atteindre une humidité de 30 % (base humide)
par séchage-friture et séchage convectif.
|
Type de séchage
|
- Température de friture
- (°C)
|
|
|
Séchage-friture
|
120
|
40
|
|
140
|
20
|
|
160
|
15
|
|
180
|
15
|
|
Séchage convectif à l’air
|
50
|
- 1 100-1 250
- (18 à 21 heures)
|
|
Séchage solaire direct
|
|
- 3 990-4 190
- (66 à 69 heures)
|
Conclusion
Un séchage-friture permet de réduire rapidement et considérablement
la teneur en eau des amandes de karité récoltées au Nord-Cameroun.
En conditions optimales, des teneurs en eau de 10 à 15 % sont
obtenues en séchant pendant 6 minutes des amandes d’épaisseur
inférieure à 12 mm, à des températures supérieures à
140 °C, dans un rapport massique inférieur à 0,06. La teneur
en eau résiduelle des amandes séchées par friture est prédictible à
partir d’un modèle d’équation de régression établi à partir d’un
plan d’expériences. Comparé au séchage convectif à l’air (au soleil
ou électrique), le temps de séchage est réduit de 30 à 200 fois.
Cette étude préliminaire laisse entrevoir une application de ce
procédé dans les conditions villageoises dans le but final
d’améliorer la qualité marchande du beurre de karité extrait. La
recherche des conditions optimales dans l’ensemble des séquences
d’extraction devrait permettre d’atteindre la conformité aux
cahiers des charges exigeants des clients utilisateurs.
Remerciements
Les auteurs remercient la Fondation internationale pour la science
(IFS, Stockholm) et l’Institut de recherche pour le développement
(IRD, Paris) pour leur contribution au financement de ce travail.
Références
1 Womeni HM. Identification et analyse des opérations critiques de
préaration des fruits, graines et amandes de karité (Butyrospermum
parkii (G. Don) Kotschy) : étude de leur influence sur la
qualité du beurre. Thèse de Doctorat/PhD en technologie
alimentaire, ENSAI, Université de Ngaoundéré, 2004.
2 Asiedu JJ. La noix de coco. La transformation des
produits agricoles en zone tropicale. Approche technologique. CTA –
Karthala 1991 : 61-111.
3 Drew PJ, Breag GR, Marder RC. Copra production
using the coconut shell carbonization with wasteheat recovery
technology. Tropical Science 1993 ; 33 : 246-67.
4 Raoult-Wack AL, Lisse I, Rouzière A,
Montet D, Dumas JC, Noël JM. Séchage de produits
gras par friture : Cas des fruits oléagineux (Coco, Avocat) et
des sous-produits carnés. Récents progrès en Génie des procédés
1997 ; 11(59) : 69-76 ; vol.
5 Rice P, Gamble MH. Modeling moisture loss during
potato slice frying. Int J Food Sci Technol 1989 ; 24 :
183-7.
6 Reddy GV, Das H. Kinetics of deep-fat-frying of
patato and ptimization of process variables. J Food Sci 1993 ;
30(2) : 105-8.
7 Bauman B, Escher F. Mass and heat transfer during
deep-fat-frying of patato slices. I. Rate of drying and oil uptake.
Lebensmittel Wissenschaft und Technologie 1995 ; 28(4) :
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