Selon les applications le préconditionneur monorotor est parfois suffisant. Cependant lorsque les fonctions de mélange de pré-cuisson sont nécessaires, il est préférable de travailler avec les préconditionneurs birotors. Il n’est pas rare d’obtenir des temps de rétention de 3 minutes avec des humidités de l’ordre de 25 à 27 %. La qualité de mélange est notamment à mettre au profit de la configuration des pâles des deux arbres. Chacun a sa propre fonction, l’un mélange avec des petites pâles, l’autre retient le produit avec des pâles de plus grande surface.

 Le mélange avec l’eau est facilité par les injecteurs qui forment un spray ; d’autres injections sont prévues telles que les slurrys, l’huile afin de garantir l’homogénéité du mélange avant extrusion.

]]> https://www.setrem.com/les-farines-dinsectes-avenir-de-la-nutrition-animale/ Mon, 07 May 2018 15:28:15 +0000 https://www.setrem.com/?p=3111/ D’après la FAO nous serons 9 milliards d’êtres humains sur terre d’ici 2050. Cet accroissement de la population entrainera un manque d’eau, de terres agricoles et de biodiversité pour produire les protéines animales nécessaires à l’élevage et la nutrition humaine.

Une solution durable, alternative aux farines animales traditionnelles (viandes et poissons)  serait la production et l’utilisation de protéines d’insectes.

Pourquoi les insectes ?

De tout temps les insectes ont fait partie du régime alimentaire des animaux et des hommes. Effectivement près de 2.5 milliards de personnes en consomment régulièrement, et sont partie intégrante du régime alimentaire de la plus part des animaux sauvages :

• 40% chez les truites
• Jusqu’à 50% chez les volailles, faisans ou perdrix en croissance
• 5% chez les sangliers
• 3% chez les félins et canins

Les insectes sont riches en protéines de haute qualité, acides gras et acides aminés essentiels, ils sont donc les candidats idéals à la substitution des protéines animales utilisés notamment dans l’alimentation des poissons et des animaux domestiques.

Enjeu de développement

Les besoins de farine d’insecte en nutrition animale peuvent être estimés à 100 000 tonnes par an dans le long terme. Pour pouvoir répondre à cette demande il est important de trouver des méthodes d’élevages performante à grande échelle. En France leur nombre ne cesse d’augmenter, mais ils se heurtent à certaines barrières techniques et règlementaires.

Effectivement l’élevage industriel est énergivore, le stockage des larves en masse provoque un échauffement, les insectes étant ectothermes (ne régule pas leur température) il est nécessaire de contrôler la température dans les lieux d’élevages. Pour dissiper cette chaleur il faut des solutions pour brasser le mélange et faire circuler de l’air entre les couches et ces systèmes consomment de grandes quantités d’électricité. Le choix de l’espèce, la maitrise de la reproduction, la gestion de l’approvisionnement en matière première ainsi que la gestion du dimensionnement et de la transformation des produits finis détermineront la viabilité de la production.

De plus la filière est confrontée à des blocages réglementaires :

• Interdiction d’utiliser les protéines d’origine animale dans les aliments pour animaux d’élevage
• Limitation des substrats autorisés comme aliments pour insecte : pas de fumier ni lisier, pas de déchets de restaurations ni d’aliments périmés.

Néanmoins depuis le 1er Juillet il est autorisé d’utiliser des farines d’insectes dans l’alimentation des poissons d’élevage.

Tests réalisés

Comme le montre le tableau ci-dessous, les expériences réalisées avec des aliments extrudés de 3 mm contenant 30% de farine d’Hermetia illucens soulignent une digestibilité des protéines brutes et des lipides supérieures aux farines végétales.

Les farines d’insectes présentent donc de nombreux avantages tels qu’être riches en protéines de haute qualité, acides gras et acides aminés essentiels, hautement digestible ainsi que de permettre un élevage préservant les ressources naturelles. Pour que ces farines deviennent une composante incontournable de l’alimentation animale et non plus un marché de niche le facteur prix est déterminant. Elles doivent pouvoir concurrencer des farines de poissons dans les aliments poissons et les farines de viandes dans le Pet Food, seules espèces ou elles sont aujourd’hui autorisées.

Les farines précuites rencontrent aujourd’hui chez les consommateurs un vif succès par rapport aux farines natives, du fait de leur commodité d’usage, de leurs qualités nutritionnelle et organoleptique améliorées ainsi que de leur durée de conservation rallongée. La cuisson extrusion se démarque des autres procédés par différents avantages concurrentiels : polyvalence ; facilité d’intégration à des lignes complètes de production ; larges possibilités de réglage et d’automatisation ; rendement énergétique élevé ; forte capacité de production, et, caractéristiques nutritionnelles et physico-chimiques spécifiques conférées aux farines ainsi traitées.

Applications des farines extrudées en alimentation humaine

Les farines extrudées sont principalement utilisées comme aliment de complément, en nutrition infantile ou dans les programmes d’intervention humanitaire. Dans ces deux cas, elles sont obtenues par formulation de mélanges de farines et par fortification minéro-vitaminique systématique. L’objectif est d’équilibrer au mieux les apports qualitatifs et quantitatifs en macro- et micro-constituants. Afin de s’approcher au plus près des recommandations nutritionnelles en matière de:

• Valeur énergétique apportée par les matières grasses ;
• Qualité nutritionnelle des protéines incorporées : la composition en acides aminés peut être ajusté par une bonne complémentation céréales/légumineuses ;
• Micronutriments essentiels (minéraux, vitamines, acides gras ω3) ;
• Limitation des facteurs susceptibles de provoquer des réactions d’intolérance ou d’inconfort, comme le gluten et les fibres pour le jeune enfant.

Farines infantiles produites par cuisson extrusion

Concernant les farines infantiles, l’OMS recommande de ne les utiliser, qu’à partir de 6 mois. A cet âge, les farines infantiles peuvent alors être introduites en complément puis en substitution progressive de l’alimentation au sein, après réhydratation avec de l’eau ou du lait. Le taux de réhydratation est fonction de l’âge de l’enfant afin de s’adapter à ses besoins physiologiques : léger épaississement des laits infantiles fournis au biberon (2^ème âge) puis bouillies de plus en plus consistantes, administrées à la cuillère (enfants de plus de 12 mois). A ce niveau, la cuisson extrusion présente un intérêt spécifique du fait du comportement fortement fluidifiant que la dextrinisation de l’amidon confère aux bouillies reconstituées. Ceci permet, pour un même seuil de viscosité, d’augmenter très sensiblement le taux d’incorporation de matières sèches dans les bouillies reconstituées et donc d’augmenter d’autant leur densité nutritionnelle et énergétique.

Un autre facteur à prendre en compte, est le caractère plus ou moins cuit et instantané de ces farines. On classe ces farines en trois groupes :

• Farines à cuire, qui doivent encore être cuites au moins 15 minutes ;
• Farines précuites, qui doivent être mises à bouillir pendant 5 à 10 minutes ;
• Farines instantanées, ne nécessitant pas de cuisson supplémentaire.

On notera en effet que la digestibilité de l’amidon est corrélée à son taux de gélatinisation, processus connu pour se développer par cuisson en excès d’eau. Concernant la cuisson extrusion, ceci explique l’intérêt de privilégier, un traitement par voie humide plutôt que par voie sèche. De plus elle permet de précuire d’abord la base amylacée puis d’ajouter, après traitement, les vitamines thermosensibles ainsi que l’éventuel enrichissement protéique (protéines laitières) et en sucre. Un tel protocole empêche le développement des réactions de Maillard qui provoqueraient, sous l’effet de la cuisson, l’immobilisation de la lysine par réaction avec le sucre. Les farines instantanées permettent aussi de limiter le coût énergétique et le temps de préparation ; elle améliore donc la praticité tout en optimisant la qualité nutritionnelle et hygiénique (cuisson stérilisante), ainsi que la conservation des farines.

Compléments nutritionnels utilisés en aide alimentaire

Dans les contextes humanitaires, des farines précuites peuvent être incorporées dans les rations alimentaires de base distribuées aux bénéficiaires tout-venants. Pour les groupes plus à risque (enfants en bas âge ; femmes gestantes ou allaitantes ; patients atteints de diverses pathologies, dont le SIDA), elles peuvent être ajoutées comme rations supplémentaires pour renforcer les apports nutritionnels, en prévention de la malnutrition ou en traitement de la malnutrition modérée. Entre 200 000 et 300 000 Tonnes de telles farines sont ainsi distribuées annuellement par le Programme Alimentaire Mondial, dont une grande partie produites localement et quasiment exclusivement par cuisson-extrusion. Ce procédé permettant d’incorporer une gamme importante de matière première, chaque pays peut donc adapter ses recettes aux ressources disponibles localement.

Ligne de fabrication et maîtrise du procédé

La fabrication des farines extrudées passe par les étapes décrites dans le schéma suivant :

Concernant les équipements et leur conduite, les points suivants devront être plus particulièrement surveillés :

• maîtrise de la qualité hygiénique (démarche HACCP) : limitation des risques de reprise en eau après extrusion
• maîtrise du degré de cuisson
• maîtrise de la juste formulation de la farine : systèmes de dosage et de mélange efficaces notamment pour le premix minéro-vitaminique à incorporer et sa répartition homogène dans la farine
• maîtrise de la granulométrie finale, pour limiter la présence de points durs lors de la reconstitution des bouillies; système de tamisage avec recyclage des rebuts.

Crédit^© Dominique Bounie

Appareil digestif d’un bovin

Les réactions de Maillard se produisent en présence d’acides aminés et de sucres à des températures entre 0 et 150°C, un pH entre 6 et 10 et à une humidité d’environ 15%. Comme le montre le graphique ci-dessous la température influe fortement sur la vitesse de réaction. Lors d’une cuisson extrusion il est donc possible de régler les paramètres : température et temps de passage du mélange afin de provoquer ou non des réactions de Maillard. Effectivement il est intéressant de faciliter ces réactions pour la production d’aliment ruminant mais il sera important de les limiter au maximum pour la production d’aliments volailles par exemple. En effet les corps de Maillard réduisent la disponibilité protéique pour les espèces monogastriques. Une bonne maîtrise de la cuisson extrusion permet donc de faire varier les caractéristiques du produit en fonction de l’anatomie de l’espèce visée.

Etude technique

Afin d’obtenir un produit avec un apport énergétique raisonnable facilitant l’équilibrage de la ration, il est intéressant d’opérer un déshuilage partiel des graines extrudés. Par ce biais la teneur en matière grasse passe de 20 % à environ 5.4 % dans les tourteaux tout en récupérant un produit à forte valeur ajouté : l’huile de soja. Dans l’alimentation animale, l’élément principalement recherché est le taux de protéine. Baisser le taux de matière grasse, permet donc d’augmenter le taux protéique des tourteaux tout en récupérant un coproduit.

Le procédé classique comporte deux phases, comme le montre la figure ci-dessous. Afin de baisser encore le taux de matière grasse des tourteaux, une solution à l’étude consiste à ajouter au barrel de l’extrudeur une chambre spéciale permettant de récupérer de l’huile. Ainsi le taux de matières grasses à la sortie de l’extrudeur est inférieur de 1 à 2 % facilitant le travail de la presse qui peut alors produire des tourteaux avec un taux de matière grasse inférieure.

Extrusion à sec

L’extrusion à sec permet de cuire les graines à forte température environs 150°C durant un temps très court de quelques dizaines de secondes. La chaleur est apportée grâce à l’énergie mécanique créée par les forces de cisaillements et de frottements dans l’extrudeur. Dans le fourreau de l’extrudeur l’eau naturellement présente dans les graines reste liquide en raison de la forte pression (plusieurs dizaines de bars), mais, à la sortie de la filière, les graines retrouvent la pression atmosphérique ce qui entraîne :

• Une évaporation instantanée de l’eau passant les graines extrudées à une humidité de 6 %
• La destruction des parois des cellules qui contiennent l’huile, facilitant le travail de la presse
• Une descente brutale en température entraînant un arrête de toutes réactions de brunissement

 Pressage mécanique

L’extrusion permet un meilleur déshuilage des graines qu’avec une méthode d’aplatissage-cuisson-pression, en effet à la sortie de l’extrudeur les cellules contenant les matières grasses ont été détruites et l’huile est libre. De ce fait l’extrudeur travaille comme un préparateur pour la presse, cela lui permet d’avoir un meilleur rendement, de pouvoir travailler à un débit supérieur et d’avoir un taux d’usure inférieure. Les expériences montrent que les tourteaux contiennent en moyenne 1.3 % d’huile en moins. De plus, comme le montre le tableau ci-dessous le traitement par extrusion puis pressage engendre des rendements plus importants à la fois d’huile et de tourteaux tout en ayant moins de freinte.

Bilans matières

EP = Extrusion-pression ACP =Aplatissage Cuisson Pression

                       Comme le souligne le tableau ci-dessous, l’extrusion-pression produit des tourteaux contenant près de 45 % de protéines et une division par 4 des facteurs antitrypsiques. De surcroît le produit traité est très stable, acceptant une conservation de plusieurs mois grâce à la destruction des lipases et lipoxydase, ainsi qu’une faible teneur en eau libre.  Ceci permettant d’éviter l’ajout de conservateurs, le produit n’étant pas touché par le rancissement, l’oxydation ou la moisissure.

Composition des produits du soja

Etude économique

D’un point de vue économique, il est important de connaître le coût de ce traitement par tonne de soja. Dans l’hypothèse d’une usine produisant 20 000 tonnes par an soit en moyenne 3 tonnes par heure les coûts sont synthétisés dans le tableau ci-dessous :

Données : Intérêts 2 %, Electricité : 0.05775€/kWh

Le coût hors matière première d’une tonne de soja extrudée puis pressée revient à moins de 35€.

• un meilleur rendement énergétique, augmentation de 32% par rapport à des graines crues, 13% par rapport à des graines toastées mais également plus de 6% par rapport à un traitement infrarouge.
• Une destruction totale des parois des cellules qui contiennent l’huile, la rendant disponible à l’attaque des enzymes digestives.
• Une conservation optimale de la valeur biologique des protéines par extrusion sèche, grâce à une montée en température progressive tandis que la descente est instantanée permettant à la protéine d’atteindre 150°C durant moins de 3 secondes.
• Une destruction de 90% des facteurs antitrypsiques responsable de la mauvaise digestibilité des graines crues.
• N’a pas d’effet sur la structure des triglycérides (matières grasses). En effet la température maximale de 150°C est inférieure à la température de décomposition de la graisse (plus de 180°C), ce qui les rends disponibles pour l’animale. Elle contient notamment une teneur intéressante en Omega 6 (acide linoléique) : environ 10% du produit brut, ainsi qu’en Omega 3 (acide linolénique) particulièrement profitable aux pondeuses.
• Une bonne conservation grâce à leur faible teneur en humidité et en enzymes lipolytiques détruites par l’extrusion.

En ce qui concerne les vaches laitières, il est compliqué de calculer la valeur énergétique apportée par les graines de soja extrudées de façon standard. Le système français est l’UFL (unité fourragère laitière), communément calculé à l’aide d’une équation basé sur la composition de la matière première. Seulement elle ne prend pas en compte la digestibilité des composants ni les interactions entre eux. Il faut donc trouver une autre méthode d’évaluation. L’INRA a mis au point le système des protéines réellement digestibles dans l’intestin (PDI) consistant à faire la somme:

• Des protéines alimentaires ayant traversé le rumen sans modification : protéines by-pass (PDIA)
• Des protéines élaborées dans le rumen par les microorganismes (PDIM)

Grâce à cette méthode, il est possible de comparer les caractéristiques de la graine de soja extrudée par rapport à la graine crue en fonction de leur temps de séjour dans le rumen. Plus le temps de séjour du soja dans le rumen augmente plus la teneur en PDI diminue, mais cela est d’autant plus vraie pour la graine cru -43% contre -16% pour la graine extrudée. Par ailleurs la graine extrudée contient entre 45 et 110% de PDI de plus que la graine crue. En ce qui concerne les protéines by-pass la cuisson extrusion permet d’augmenter leur nombre entre 100 et 300%. Ces calcules mettent en évidence la profitabilité de l’extrusion des graines de soja dans l’alimentation des vaches laitières.

Le traitement thermique quasi instantané de type HT-ST (Haute Température-Temps Court) propre à l’extrusion permet une conservation sans altération pendant plusieurs mois.

Si les premières applications de l’extrusion pour l’alimentation animale ont ciblé les pet foods et l’aquaculture, progressivement sont apparus sur le marché des extrudeurs plus avantageux sur un plan économique grâce à leur conception modulaire, robuste, flexible.

Ces extrudeurs ont été précisément utilisés pour le traitement thermique des graines oléagineuses comme l’affirmait le Dr Legoy à l’époque : « La technologie utilisée permettant la destruction des germes contaminants, de certains facteurs antinutritionnels (facteurs anti-trypsique des graines entières de soja, glucosinolates du colza) ou enzymatiques (lipases et lipo-oxydases intervenant sur l’oxydation des huiles par exemple). Il faut y ajouter la destruction des parois cellulaires permettant une meilleure digestibilité de l’énergie contenue dans le produit (huile, amidons gélatinisés) et le traitement thermique des protéines permettant une insolubilisation des protéines, en particulier dans les aliments destinés aux ruminants.»

Les applications de l’extrusion pour l’alimentation animale sont larges. La configuration interne de l’extrudeur est adaptable facilement pour permettre toutes sortes d’opérations.
Quelques exemples :

• Le traitement des graines entières de soja pour leur incorporation dans les aliments porcs et volailles à des pourcentages significatifs,
• la fabrication d’aliments ou de suppléments très performants pour les ruminants à haute production,
• la production d’aliments spéciaux (petfoods, aliments crevettes, aliments flottants ou à descente contrôlée),
• la stabilisation de sous produits (farines basses de riz, déchets de parage ou de filetage, etc…).