Le colza n'est pas qu'une simple huile, c'est aussi une source de protéines.

Avec le soja, le colza est l'huile la plus importante au niveau mondial, et l'huile de colza est également l'huile de cuisson la plus populaire en Allemagne. Outre l'huile, qui représente environ 40 % du contenu, le colza - comme le soja - contient également des protéines de haute qualité. Celles-ci sont similaires aux protéines du lait et pourraient donc être utilisées comme une source précieuse de protéines végétales pour l'alimentation humaine et animale.

Cependant, le processus conventionnel de pressage à chaud utilisé dans les huileries industrielles nécessite des températures et des pressions élevées. Celles-ci modifient la structure des protéines et réduisent leur qualité ainsi que celle de la farine de colza qui en résulte. Ces températures élevées sont à nouveau nécessaires après le pressage, pour évaporer l'hexane utilisé comme solvant. Ce processus permet d'extraire l'huile qui reste dans les tourteaux de pressage afin d'augmenter le rendement en huile. Les substances amères qui pénètrent dans le tourteau d'extraction, par exemple à partir des coques qui passent également par la presse, constituent un deuxième facteur de réduction de la qualité dans le processus conventionnel d'extraction de l'huile.

Parce que le colza peut être utilisé non seulement pour son huile très prisée, mais aussi pour produire des protéines végétales de haute qualité de plus en plus demandées, 11 partenaires de la recherche et de l'industrie collaborent depuis cinq ans dans le cadre du projet de recherche commun EthaNa. Ensemble, ils ont étudié une nouvelle approche pour un traitement doux du colza à grande échelle, et ont conçu et construit la première usine pilote. L'usine pilote EthaNa® du Fraunhofer Center for Chemical-Biotechnological Processes CBP, à Leuna, peut traiter jusqu'à 50 kilogrammes de colza par jour. Le projet a été financé par le ministère fédéral allemand de l'alimentation et de l'agriculture (BMEL) et coordonné par le Fraunhofer CBP et la société B+B Engineering GmbH, basée à Magdebourg.

L'installation pilote EthaNa® permet une utilisation complète du colza

L'installation pilote se compose d'une installation de décorticage et d'une installation d'extraction. Après la conclusion du projet EthaNa, l'usine a été mise en service pour la première fois en 2022 et a été officiellement inaugurée le 3 mai 2023, dans le cadre des célébrations du dixième anniversaire du Fraunhofer CBP.

Le processus breveté EthaNa est basé sur une approche qui n'avait jusqu'à présent été utilisée qu'à l'échelle du laboratoire - l'utilisation de l'éthanol pour extraire de l'huile. Le défi de ce projet consistait à étendre le processus et à le mettre en œuvre dans une usine pilote. "Au cours du projet, nous avons étudié comment et avec quels équipements et composants nous pourrions réaliser les différentes étapes du processus pour l'utilisation complète du colza dans une usine technique, ainsi que la manière dont l'ensemble du système devrait être conçu", explique le Dr. Robert Hartmann, chef de groupe du fractionnement de la biomasse au Fraunhofer CBP.

Le processus EthaNa travaille avec du colza décortiqué afin de réduire la proportion de substances amères et d'autres substances inutiles ou même nocives pour les personnes et les animaux, tout en réduisant les fibres. Après un développement intensif, l'équipe du projet a réussi à créer un système de décorticage capable de décortiquer jusqu'à 100 kg de colza par heure en fonctionnement continu. Les coques des graines sont d'abord fendues, puis séparées du grain plus lourd dans un courant d'air créé par un système de lit fluidisé. La fraction de la coque est un produit supplémentaire qui peut, par exemple, être utilisé pour fabriquer des matériaux isolants biosourcés, comme l'ont démontré les chercheurs du Fraunhofer CBP dans le cadre d'un projet financé par l'État de Saxe-Anhalt.

La faible teneur en fibres signifie que le pressage mécanique conventionnel pour produire de l'huile à partir des graines de colza décortiquées n'est pas une option. Le procédé EthaNa utilise l'éthanol, un alcool, qui s'est avéré optimal dans les études des chercheurs. Dans un processus appelé extraction par déplacement, de petites gouttelettes d'huile de colza provenant de l'amande broyée sont émulsionnées dans la phase éthanol à une température douce de 70°C. Un autre avantage de cette technologie est que les substances végétales secondaires de l'amande de colza, comme l'acide sinapinique, les tocophérols et les polyphénols, sont solubles dans l'éthanol. Si ces substances peuvent être extraites de manière sélective, leur contenu bioactif peut être utilisé à des fins cosmétiques ou pharmaceutiques, par exemple.

Huile de qualité supérieure, pré-raffinée

Pour libérer l'huile des graines de colza, les graines décortiquées sont d'abord mélangées à de l'éthanol et broyées avant d'être séparées. "Nous traitons les biomasses conditionnées dans une presse à vis modifiée ou dans un décanteur, afin de séparer la fraction éthanol-huile, la phase liquide, de la fraction solide riche en protéines", explique le Dr Fabian Steffler, qui a dirigé le projet au PRC Fraunhofer. Enfin, l'huile émulsifiée est séparée de l'éthanol à l'aide d'une cuve de décantation.

"Nos recherches ont démontré que l'huile obtenue dans l'installation pilote EthaNa® est presque entièrement exempte d'acides gras libres et de phosphatides", explique M. Steffler. L'avantage pour les moulins à huile est évident. "L'huile ne nécessite plus de purification intensive, car l'extraction de l'éthanol lui confère une qualité de pré-raffinat ou de semi-raffinat. Cela signifie qu'elle peut être intégrée directement dans les lignes de production existantes et transformée", poursuit le chercheur.

Concentré de colza riche en protéines pour l'alimentation humaine et animale

La matière solide restante, en grande partie déshuilée, contient des protéines sous forme concentrée. "Pour déshuiler davantage le concentré de colza, différentes étapes d'extraction sont utilisées, qui peuvent être combinées entre elles de différentes manières", explique Steffler. Le concentré est séché dans un séchoir à faisceau tubulaire, ce qui permet de récupérer l'éthanol.

Le concentré de colza riche en protéines ainsi obtenu est un produit de qualité nettement supérieure à la farine de colza provenant des huileries industrielles. "Notre concentré de colza est exempt de coques et de substances végétales secondaires et ne contient donc que de très faibles quantités de tanins et de substances amères indésirables", se réjouit Steffler. La teneur élevée en protéines, actuellement de 42-43 pour cent, est similaire à celle des tourteaux de colza partiellement décortiqués et pressés à froid des huileries décentralisées.

Les conditions de traitement douces du procédé EthaNa constituent un autre avantage considérable : la structure des protéines reste inchangée, ce qui leur confère une utilisation et une valeur économiques permanentes. "Les protéines sont facilement solubles dans l'eau. Cela signifie que nous pouvons les extraire et les utiliser comme sources alternatives de protéines végétales pour l'industrie alimentaire, par exemple dans les produits de remplacement de la viande", explique M. Hartmann. D'autres travaux de recherche, notamment sur la manière dont les protéines de colza peuvent être obtenues pour fabriquer des aliments, ont déjà commencé dans le cadre d'un nouveau projet de l'UE.

Le concentré de colza est également considéré comme un aliment de haute qualité pour le bétail. Le tourteau de colza issu des huileries conventionnelles est déjà utilisé comme aliment pour les porcs, les volailles et les bovins. Mais pour les jeunes volailles ou les animaux en gestation, les niveaux élevés de glucosinolates dans la farine, qui proviennent des écales de colza, ne sont pas souhaitables. Afin de garantir l'apport en protéines nécessaire, les mélanges d'aliments pour animaux sont actuellement complétés par des tourteaux d'extraction de soja - importés d'outre-mer - dont la teneur peut atteindre 30 %. Le concentré de colza convient également très bien aux ruminants en raison de sa faible teneur en fibres, qui est même inférieure à celle du tourteau de soja.

De nouveaux secteurs d'activité pour les huileries

"Le concentré de colza, qui est riche en protéines de haute qualité, ouvrira de nouvelles sources de revenus pour les huileries", est convaincu M. Hartmann. L'installation pilote EthaNa® du Fraunhofer CBP est désormais disponible pour des essais avec le colza des huileries industrielles, afin de fournir des échantillons de produits à plus grande échelle. Les nouveaux systèmes peuvent également être intégrés dans l'infrastructure existante des huileries en tant que lignes de traitement alternatives. C'est là qu'intervient la société B+B Engineering, qui a également planifié l'usine pilote du Fraunhofer CBP.

Parallèlement, les chercheurs du Fraunhofer CBP améliorent également le fonctionnement du système pilote afin de garantir la robustesse et la stabilité du processus, tout en améliorant l'économie et l'efficacité énergétique. "Nous avons identifié des moyens potentiels d'optimiser le rendement en huile", précise M. Steffler. "En outre, nous souhaitons étendre l'usine pour y inclure un processus à contre-courant pour l'extraction de l'éthanol, de sorte que nous puissions remettre en circulation l'éthanol que nous avons utilisé pour l'extraction de l'huile", ajoute l'expert. Lui et son équipe ont également l'intention d'augmenter la teneur en protéines du concentré de colza à près de 50 %.

Hartmann est persuadé que le procédé a encore plus de potentiel. "Nous sommes déjà en discussion pour étudier la transformation d'autres graines dans l'usine EthaNa®, comme le tournesol ou les noix de hêtre, ou même le marc de café et les graines de chanvre."

Partenaires

Onze partenaires ont travaillé sur le nouveau procédé dans le cadre du projet EthaNa, qui est financé par le ministère fédéral allemand de l'alimentation et de l'agriculture (BMEL) :

- Fraunhofer Center for Chemical-Biotechnological Processes CBP, Leuna (Coordination)
- Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB, Stuttgart
- Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV, Freising
- Karlsruhe Institute for Technology KIT, Karlsruhe
- International Research Association Feed Technology e.V. (IFF), Braunschweig
- B+B Engineering GmbH, Magdeburg
- AVA - Anhaltinische Verfahrens- und Anlagentechnik GmbH, Magdeburg (Anhaltin process and plant engineering)
- Miccra GmbH, Heitersheim
- VetterTec GmbH, Kassel
- C. Thywissen GmbH, Neuss
- Technologietransfer und Innovationsförderung (tti) Magdeburg GmbH, Magdeburg (transfert de technologie et promotion de l'innovation)