28 mai 2024 / Compétences et expertise / Vitagora / Sciences et technologies
PolarDry® : une innovation dans la production de produits en poudre grâce au séchage par pulvérisation avec champ électrostatique
Pourquoi s’y intéresser ?
- Les poudres offrent de nombreux avantages. Avec le séchage par pulvérisation avec champ électrostatique de PolarDry®, le développement des process de poudres est plus simple et plus flexible, ouvrant de nouvelles opportunités de R&D et d'innovation dans l’industrie agroalimentaire.
- L'avancement technologique et la création de produits plus performants et durables sont possibles, c’est-à-dire des produits avec une concentration en actif plus élevée et une durée de conservation prolongée.
- La technologie PolarDry® utilise une faible température de séchage et le gaz de séchage est recyclé, éliminant ainsi les émissions et les problèmes de conformité réglementaire.
La lyophilisation est un procédé de séchage largement utilisé dans différents secteurs tels que l'industrie pharmaceutique, la cosmétique et l’alimentaire. Ce processus de transformation de liquide à poudre, permet de préserver la structure et les propriétés des produits sensibles à la chaleur et à l'humidité, tout en prolongeant leur durée de conservation. Cependant, certains défis persistent, notamment pour les produits thermosensibles, volatils et sensibles à l'oxygène, qui ne peuvent être traités efficacement par les méthodes conventionnelles de séchage par atomisation (ou spray drying). Fluid Air a innové en inventant le procédé de séchage par pulvérisation électrostatique (ESD), offrant ainsi une alternative plus efficace et durable.
Comment le séchage par pulvérisation avec champ électrostatique améliore-t-il la qualité des produits finaux ? En quoi le procédé PolarDry® contribue-t-il à renforcer la compétitivité des entreprises face au défi de production, de durabilité et d’innovation ? Quels sont les avantages ?
Dans cet article, l’équipe de Fluid Air nous expliquent les caractéristiques et les avantages de la technologie PolarDry®.
William Grutus
William Grutus est ingénieur commercial chez Fluid Air, responsable de l'acquisition de projets et de la vente des machines. La démarche de vente des équipements PolarDry® est particulière, car il s'agit d'un produit innovant. Ainsi, un accompagnement scientifique est assuré auprès des clients pour les aider à trouver la recette optimale.
Elodie Beaupeux
Elodie Beaupeux est ingénieure process chez Fluid Air, diplômée de Polytech Nantes et ayant effectué sa dernière année en alternance au sein de l'entreprise. Son équipe technique est chargée de réaliser des essais sur la machine PolarDry® à destination des clients et des universités. La technologie étant encore nouvelle, il reste encore beaucoup à découvrir dans de nombreux domaines et applications différents.
PolarDry® : l'avenir du séchage par pulvérisation et de la microencapsulation
Fluid Air, une entreprise spécialiste dans le process des poudres
Fluid Air, division de Spraying Systems Co à Chicago, leader mondial dans la technologie des buses de pulvérisation, se spécialise dans le process des poudres.
Initialement centrée sur le secteur pharmaceutique, l'entreprise est devenue un innovateur majeur dans la technologie du dosage des solides. Basée à Nantes, Fluid Air dispose d'un laboratoire d'essai équipé, dont PolarDry®, une innovation dans le processus de séchage qui est importée des États-Unis et a pour ambition de se développer sur le marché européen. En étroite collaboration avec les leaders des secteurs pharmaceutique, biologique, nutraceutique, alimentaire, agricole, cosmétique et chimique spécialisée, Fluid Air développe une gamme variée de machines. Leurs systèmes permettent la production de produits viables et commercialement réussis, bénéficiant d'une reconnaissance mondiale.
Le laboratoire de Fluid Air situé à Nantes pilote également la plupart des programmes de recherche universitaires, établissant de nombreux partenariats avec de grandes universités. Des étudiants viennent y réaliser des thèses pour Fluid Air et publient des données scientifiques, certains d'entre eux étant ensuite embauchés par l’entreprise.
La technologie PolarDry® de Fluid Air, le séchage par pulvérisation électrostatique
Dans le domaine des séchages, c’est la transition du liquide à la poudre qui est généralement effectuée. La technologie PolarDry® est la dernière innovation dans le domaine du séchage par pulvérisation grâce à l'utilisation d'une charge électrostatique. Il existe toute une gamme de machines, allant des petits modèles adaptés aux essais en laboratoire aux équipements industriels de grande capacité.
Grâce à un effet électrostatique parfaitement maîtrisé, le procédé PolarDry® redirige l'eau vers l'enveloppe extérieure et concentre ainsi l'ingrédient actif vers le cœur du produit. Le fait que le solvant se retrouve à la surface crée les conditions idéales pour le séchage, c’est-à-dire à une température d'évaporation peu élevées et permet par conséquent d'éliminer les pertes en surface, la dégradation et la dénaturation de l'actif, soit une encapsulation très efficace du principe actif. Ce processus garantit une stabilité exceptionnelle des actifs, une amélioration de la dissolution et une longue durée de vie des produits sur le marché. De plus, le processus de séchage sous azote offre une couche de protection supplémentaire face à l’oxydation des ingrédients, préservant leur intégrité.
« Pour le séchage par pulvérisation classique, il faut imaginer le gâteau au chocolat dans le four : au début, il y a de l'eau qui s'évapore, mais il en reste toujours à l'intérieur. Pour la faire sortir, on monte en température le four pour l'évaporer, ce qui crée des trous, des petites porosités dans le gâteau, un goût altéré du chocolat, et ce n'est pas le résultat souhaité.
Une étude a montré que les algues traitées avec le procédé PolarDry® conservent mieux leur couleur verte et leur qualité, que celles traitées avec le procédé conventionnel qui grillait certaines parties. Le séchage par pulvérisation électrostatique respecte mieux le produit. » illustre William.
William ajoute : « La force de PolarDry® est la charge électrostatique, capable de moduler directement le comportement des molécules, entraînant des réactions et des agglomérations spécifiques. Cela permet un contrôle précis de la taille des particules pour répondre aux exigences des fabricants, que ce soit en termes de taille, de contraintes de transport et de propriétés telles que la fluidité de la poudre et la dissolution dans l'eau par exemple. »
L’arrivée du modèle 032 en France, la toute première unité en Europe pour la production
C'est une première en Europe, plus précisément en Normandie, grâce à un partenariat avec LIS by Lesaffre, le modèle 032 a été livré. Ce modèle, qui est le prototype initial, a permis d'évoluer vers une gamme complète de machines. L'arrivée de cette machine représente une réelle opportunité pour les industriels européens. L’objectif est d'attirer un grand nombre de fabricants qui rencontrent des problématiques produits et de leur permettre de découvrir et de tester la technologie PolarDry®. Les industriels apprécient généralement la flexibilité du procédé, qui permet de jouer sur de nombreux paramètres. De plus, le laboratoire de Fluid Air à Nantes dispose de deux petites machines pour développer les recettes et s'assurer du process avant de passer à l'échelle industrielle, ainsi que de nombreux moyens d'analyse.
Elodie résume : « La taille de l'équipement de séchage PolarDry® peut varier, allant de l'échelle paillasse en laboratoire à l'échelle industrielle. Au niveau des conditions opératoires, c’est-à-dire les conditions de séchage, il est toujours possible d'apporter des modifications. Ces paramètres sont similaires à ceux du séchage par atomisation classique comme la température d'entrée, la pression d'atomisation et le débit de gaz de séchage. Le paramètre supplémentaire qui entre en jeu est la charge électrostatique, qui détermine comment le voltage est appliqué. Grâce à cette technologie, il est possible de sécher à des températures d'entrée aussi basses que 80°C, alors que les températures typiques pour le séchage par atomisation classique sont d'environ 170°C. C’est là où on a une vraie différence ! »
Avec l’accompagnement de Fluid Air, ces expériences permettent aux industriels d'envisager plusieurs options : l'achat de machines, l'installation et la production sur ces machines, la collaboration avec un partenaire possédant déjà la technologie PolarDry® pour la production, ou la location d'équipements, tout en adaptant la technologie aux besoins spécifiques des clients. Un ingénieur process dédié est envoyé sur le projet de l'industriel pour paramétrer la machine et répéter les tests effectués au laboratoire. Cela permet aux industriels d'explorer davantage les produits disponibles dans leur catalogue et de créer de nouveaux produits.
Applications pour l'industrie alimentaire
Le séchage par atomisation électrostatique à basse température PolarDry® est idéal pour les matériaux sensibles à la chaleur.
Un exemple illustrant les avantages de la technologie PolarDry® concerne les microorganismes vivants, tels que les probiotiques, les postbiotiques et les prébiotiques . Lorsque ces bactéries sont séchées, elles restent vivantes avant et après le processus de séchage. Cette capacité à préserver les bactéries est similaire à la lyophilisation, mais avec un processus continu qui consomme moins d'énergie.
Dans le domaine des arômes, un partenaire de Fluid Air a réussi à prolonger la durée de conservation de 6 mois à 2 ans grâce à une encapsulation améliorée. Le procédé PolarDry® place le principe actif à l'intérieur, le protégeant ainsi plus longtemps dans le temps, tandis que l'agent protecteur se trouve à l'extérieur, préservant toutes les fonctionnalités.
De plus, la collaboration avec des aromaticiens permet de produire des aliments avec des arômes et des saveurs plus intenses, sans perte d'évaporation, ce qui représente un gain économique pour les entreprises.
Ce procédé révolutionnaire convient aussi aux produits qui nécessitent une microencapsulation avancée pour masquer le goût et les odeurs.
Cette technologie permet également de préserver les protéines (à l’exemple des protéines du lait maternel : lactoferrine et colostrum), les vitamines et les enzymes, parfois jusqu'à 12 mois.
En nutraceutique, cette technologie est utilisée pour développer des produits visant à améliorer la santé, tels que des poudres vitaminées avec des propriétés pour le cœur.
Les applications de la technologie PolarDry® répondent à la demande croissante de production de produits innovants pour l'alimentation animale ou humaine, qu’ils s’agissent de boisson ou d’aliment à base de protéines avec des extraits naturels de plantes, d’algues... offrant ainsi de nombreuses possibilités d'innovation et de développement dans l'industrie alimentaire.
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Mots clés
Technologie de séchage, encapsulation, concentration en actif, innovation, poudre, arômes, alimentation
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Clara Da Silva est ingénieure agroalimentaire au pôle Innovation, qui accompagne les adhérents de Vitagora dans le montage et le suivi des leurs projets d'innovation : recherche de partenaires, fléchage de financements et relation avec les financeurs, gestion du projet, etc.