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"Procédé perfectionné pour le traitement des produits lactés fluides et produits résultants".
La présente mnvention est relative à des perfectionnements au traitement des produits lactés fluides et vise plus particuliè- rement la stabilisation d'un produit lacté par rapport aux effets des hautes températures qui lui sont appliquées au cours du processus de sa fabrication.
La présente invention vise un procédé de traitement des produits laxtés fluides pour l'obtention de produits fluides con- centrés contenant une plus grande proportion de constituants soli- des du lait, procédé au cours du¯quel le produit lacté fluide traité est soumis à des températures stérilisantes, ce procédé étant caractérisé par un contrôle et ou par une stabilisation de la viscosité et des effets coagulants du traitement stérilisant à haute température, grâce à l'incorporation de matières solides
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lactées modifiées par des agents minéraux et présentant un rapport calcium phosphore réduit.
Dans le traitement des produits lactés fluides en vue de l'obtention de produits présentant une teneur totale en matières solides relativement élevée, le lait fluide, le lait écrémé ou toute autre matière fluide contenant des constituants solides du lait se trouvent fréquemment soumis à des températures élevées à certains stades du.traitement, soit pour effecuer l'évaporation, soit pour La stérilisation, soit pour tout autre but.
Dans de nom- breuses opérations de ce genre, le lait, ou le liquide contenant des constituants solides du lait, se trouve soumis à des températures dépassant 65 et, lorsqu'il s'agit de le stériliser, à des température pouvant monter jusqu'à 104 à 132 , ou plus encore, et cela pendant des périodes importantes avant ou après l'évaporation ou la concentra- tion au cours de laquelle la teneur des produits lactés en matières solides est augmentée. Les hautes températures auxquelles est soumise la matière fluide contenant les constituants solides du lait lors d'opérations de ce genre entraînent une augmentation de la visco- sité du produit fluide final, augmentation qui, dans bien des cas, est excessive et tend à provoquer la coagulation ou le caillage du produit final.
Cette augmentation de viscosité peut, dans une cer- taine mesure et dans certains cas, être désirable, comme par exemple dans la fabrication du lait évaporé (non sucré). La coagulation et la formation de lait caillé sont toujours indésirables. Cependant, le degré de l'augmentation de la viscosité et la formation ou la non-for- mation de lait caillé sont des facteurs variables et imprévisibles qui paraissent dépendre de nombreux paramètres incontrôlables par le fabricant ; par exemple, la saison, l'alimentation du bétail, la nature et l'analyse chimique du sol des pâturages, etc...
La présente invention vise la commande et la stabilisation des effets des traitements à haute température dès fluides contenant des constituants solides du lait, fluides tels que le lait entier, le lait écrémé, etc... et vise plus particulièrement le contr8le et la stabilisation de la viscosité et des effets coagulants ou caillants.
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L'invention sera bien comprise d'après la description qui suit avec référence à divers exemples de sa mise en oeuvre.
La fabrication du lait évaporé par exemple, comprend quatre opérations principales qui mettent en oeuvre la chaleur, à savoir le pré-chauffage, l'évaporation proprement dite, l'homogénéisation et la stérilisation finale.
Dans le pré-chauffage, qui précède l'évaporation, les tem- pératures couramment utilisées sont comprises entre 84 et 100 bien que l'on puisse parfois recourir à des températures plus élevées, jusqu'à 1120 environ, en maintenant le lait sous pression. Comme le lait peut être maintenu à la température choisie pendant une pério de pouvant aller jusqu'à 15 ou 20 minutes, la couleur et la saveur du lait pemvent se trouver alternés aux températures plus élevées et les constituants solides du lait peuvent subir une cuisson sur les surfaces chauffées. Le but peincipal de l'opération de pré- chauffage est de soumettre le lait à un chauffage préalable avant qu'il ne pénètre dans l'évaporateur cependant, ainsi qu'on le verra plus loin, cette opération peut aussi remplir d'autres fonctions.
L'évaporation est en général conduite à des températures de l'ordre de 49 à 84 sous pression réduire, pour qu'il y ait ébul- lition. Le temps requis pour l'évaporation dépend de la teneur ini- tiale du lait soumis au traitement, en matières solides totales, ainsi que,de la teneur en matières solides totales recherchée dans le produit final. Dans la pratique américaine, la norme pour la teneur minimum en matières solides totales du lait évaporé est d'en- viron 26% (25,9%). Dans d'autres pays, cette norme est parfois supé- rieure' ; c'est ainsi. qu'en Angleterre, elle est de 31 de matières solides totales; aussi, peur l'exportation, une teneur en matières solides totale de 32% à 34% peut être désirable.
En général, en fait subir au lait une légère surconcentration dans l'évaporateur, puis on règle la concentration à la norme voulue, ou légèrement au- dessus, par l'adjonctipn d'eau potable, de lait frais ou déquivalant avant stérilisation. Il faut parfois router de la crème pour amener
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la teneur en matières grasses aux normes exigées, qui sont de 7,9% en Amérique et plus élevées dans les pays qui exigent une teneur minimum en matières solides totales elle-mêmes plus élevées. En Angleterre par exemple, le minimum de la teneur en matières grasses est de 9,25%
Après l'évaporation et éventuellement après réglage du lait aux normes voulues, on homogénéise le lait évaporé.
En général, pour cette opération, la température peut être de l'ordre de 49 à 65 et la pression de l'ordre de 140 à 210 kgs par cm2. Un exemle typique de conditions opératoires est 210 kilogrammes par cm2 à 37 .
Le lait évaporé et homogénéisé est ensuite stérilisé à une température variant entre 104 et 132 environ. Cette stérilisation est en général réalisée après la mise en boîte du lait bien que dans certaines fabriques, le lait évaporé est d'abord stérilisé puis mis en boites dans des récipients stériles. La durée requise pour la stérilisation est variable suivant la température utilisée, afin d'assurer la stérilité et certains autres résultats énumérés plus loir par exemple, le controle de la viscosité.
En général, le temps de séjour à la température de stérilisation peut aller de 12 à 20 minutes pour les températures entre 104 et 121 environ, une durée à peu près égale étant nécessaire .pour amener le lait à température puis pour le refroidir après stérilisation Avec les températures plus hautes, de l'ordre de 126 à 132 , par exemple, on utilise des durées de stérilisation très brèves.
Dans la conduite des opérations successives rappelées ci- dessus, en plus de l'obtention d'un produit lacté stérile contenant la teneur totale en matières solides voulue, diverses autres condi- tions entrent en ligne de compte. Parmi celles-ci il y a d'abord le maintien dans la mesure du possible d'une distribution Uniforme des matières grasses dans le produit final, ce qui est facilité par l'opération d'homogénéisation. Il faut aussi obtenir dans le produit final une consistance ou une viscosité suffisante pour contribuer à éviter la ségrégation ou le dépôt des particules de graisse. Une viscosité trop élevée est indésirable, car la porduit doit être
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crémeux sans tre exagérément épais.
Lorsque la viscosité vient d'être réalisée, elle peut varier entre 75 et 450'secondes à 16 , déterminée à l'aide du viscosimètre du type standard utilisé dans ce but, connu sous le nom de débit-mètre Borden ; est de préférence voisine de 250 à 350 secondes. La consistence ou la viscosité du produit final dépend pour une large part des températures et des -temps utilisés dans la stérilisation, la viscosité du produit tendant à augmenter lorsque ces températures et ces temps augmentent.
Dans la conduite industrielle du procédé, le problème le plus grave consiste à maintenir la stabilité du lait toutn assurant la stérilité ainsi que.la viscosité, la consistance et la saveur recherchées ; dit, c'est le problème qui consiste à empêcher soit la formation totale de caillots ou de grumeaux, ou du moins la formation de tels caillots qui ne se dissipent pas d'eux-mêmes par simple agitation du produit final. Cette instabilité provient du traitement thermique qui reçoit le lait, notamment lors de l'opération de stérilisation et elle pose à l'opérateur industriel un problème quasi-permanent.
Le degré de stabilité ou d'instabilité du lait lors du traitement ne varie pas seulement suivant les vaches et les troupeaux individuels d'où provient le lait, mais aussi suivant la saison, le type d'alimentation et la nature des paturages dont on dispose. Ainsi, dans le traitement du lait aux normes américaines, ce n'est que pendant une partie du début de l'été et dans certaines régions que le lait est suffisamment stable.pour pouvoir être traité sans exiger le recours à un traitement spécial, un plus ou moins grand degré d'instabilité existant pendant toutes les autres périodes de l'année;
lorsqu'on cpnduit le traitement pour satisfaire aux normes européennes plus strictes, ,uant à la teneur en matières solides totales les normes anglaises, par Exemple, le lait exige presque le toujours un traitement spécial pour/rendre stable pendant le traite- ment.
En général, on ajoute au lait diverses additions de certains @ sels à un moment quelconque du traitement avant la stérilisation, et
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de préférence avant l'opération du préchauffage. Les sels qu'il est permis d'utiliser dans ce but sont certains sels dont la présence est "naturelle", telq que le bicarbonate de sod le citrate de sodium et le phosphate disodique.
Etant donné que le degréxact de l'instabilité d'un lot de lait en cours de traitement, lot dont l'importance peut s'élever jusqu'à 27.300 à 43.400 kilogrammes, est impossible à prédire d'avance, il est d'usage dans l'industrie d'effectuer un eeqai "pilote" sur de petits échantillons prélevés dans chaque lot de lait, auxquels on ajoute des additions variables de l'un des sels admissibles, et les lots obtenus sont alors envoyés dans un stérilisateur pilote qui reproduit le fonctionnement du stérilisateur de gtande dimension utilisé.. par la fabrique e nvisagée.
D'après le comportement de ces échantillons pilotes ou témoins, on -détermine la proportion de sels qu'il est éventuellement nécessaire d'ajouter pour obtenir la stabilité lors du traitement. Ainsi, en supposant que le sel utilisé soit le phosphate disodique (sous forme du/heptahydrate) on pourra constater, par exemple, que pendant les mois d'été, au cours de la période du début du pâturage extérieur dans les régions du Midwest des Etats-Unis, il faut de 0 à 313 grammes de ce sel pour 1000 kilogrammes de lait évaporé, tandis qu'en hiver, la quantité nécessaire peut augmenter jusqutà 626 à 939 gram- mes ou davantage par tonne de lait concentré. Ces chiffres se rappor- tent au lait évaporé aux normes américaines soi 25;9% de matières soi des totales ou un peu au-dessus.
Il faut ajouter des proportions de sel plus élevées si l'on désire une teneur plus élevée en matières solides totales; c'est ainsi qu'un lait qui est stable sans aucune @ addition de sel pour une concentration s'élevant jusqu'à 26% environ de matières solides totales peut exiger jusqu'à 3000 à 3150 grammes par tonne si on veut l'amener à une teneur totale en matières solides de 32 à 34%
Il existe entre les phases du traitement certaines rela- tions mutuelles qui ont pour effet d'introduire des difficultés dans sa mise en oeuvre correcte.
Les 'autres facteurs demeurant constants,
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il faut maintenir la proportion du sel ajouté à un lot de lait déterminé entre des limites assez étroites, en effet, une correc- tion insuffisante, ou au contraire exagérée, entraîne la formation de cai llots ou la granulation indépendamment des effets néfastes produits sur la viscosité.
La stabilité pendant l'opération de stérilisation peut être accrue par un recours à des températures ' plus élevées lors de l'opération de préchauffage; cependant, là encore la température ou le degré auquel il y a lieu de pousser le pré-chauffage, doivent être maintenus au-dessus d'une limite supérieure stricte, àube de quoi on risque de rencontrer une rupture brusque dans l'opération de stérilisation, entraînant la formation de caillots ou la granulation du produit final. D'autre part, l'amplitude de la correction qu'il est possible d'obtenir dans le pré-chauffage, grâce à l'emploi de température plus élevée ou de temps de chauffage plus long, est limitée par le risque d'une détérioration du goût, de la saveur.et de la coloration du lait.
Suivant la présente invention, on a constaté qu'il est possible de contr8ler la viscosité du produit laitier final et de le stabiliser vis-à-vis du traitement-thermique auquel il est soumis pendant le traitement de concentration et notamment pendant la stéri- lisation, grâce à l'utilisation de lait ou de constituants solides du lait modifiés par des agents minéraux, ce lait ou ces constituante .du lait résultant du traitement d'un lait fluide, entier ou écrémé, au moyen de matières à échange de bases du,type minéral ou séoliti- que, en particulier d'un gel de silice.
Ce lait ou ces constituants solides du lait modifiés par des agents minéraux peuvent être pré- parés de la manière décrite, par exemple, dans le brevet américain
N 1.954.769 délivré le 10 avril 1934 à Lyman et dans.le brevet
N 2.045.097 délivré le 23 juin 1926 à la demanderesse. Dans un trai- tement de ce genre, il se produit une réduction notable tant de la xxxx teneur en calcium que de la teneur en.phosphore des consti- tuants solides non gras du lait amnsi qu'une certaine réduction du rapport calcium-phosphore, ces modifications entraînant une réduc- tion de la tension de coagulation du lait.
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Dans un tel traitement du lait entier ou du lait écrémé, le rapport calcium-phosphore dans les constituants solides non- gras du lait, rapport qui, dans le lait normal, entier ou écrémé, est de l'ordre de 1.175 à 1.20 peut tre ramené à 1. 153 ou à moins encore ; grâce au fait que la réduction de la teneur en calcium est proportionnellement quelque peu supérieure à celle de la teneur en phosphore.
Dans les procédés de ce genre, en augmentant les propor- tions relatives de matières à échange de bases utilisées, telles que la glauconite, la séolite synthétique ou naturelle; etc.... et en effectuant ainsi une élimination proportionnelle à la fois du calcium et du phosphore, il a été possible à la demanderesse d'obte- nir dans les constituants solides non gras totaux du produit traité un rapport calcium phosphore ramené à 0,815 environ, ce qui corres- pond à un rapport CaO/P2O5 d'environ 0,500. La marge préférée pour le rapport calcium phosphore est d'environ 0,815 à 1.000.
Il convient de désigner ces produits par l'expression "produits traités par échange des bases" pour les distinguer des produits lactés traités par échange des ions, obtenus en soumettant les fluides à un traite- ment au moyen de matières à échange sélectif des ions, traitement qui assure une élimination proportionnellement plus élevéd du calcium que du phosphore.
Dans la mise en oeuvre de la présente invention, les consti- tuants solides du lait modifiés par échange des bases et, résultant du traitement défini ci-dessus, sont mélangés avec le lait (entier ou écrémé) à concentrer dans mes proportions nécessaires pour fournir de 8 àd 60% enviton et de préférence de 20 à 50% environ des matières totales contenues dans le produit évaporé final, l'addition de ces matières au lait soumis au traitement d'évaporation étant réalisée à ur. moment quelconque avant le traitement fihal à haute température ou la stérilisation.
Ces constituants solides du lait modifiés par échange des bases peuvent être ajoutés sous forme de lait fluide traité (entier ou écrémé); ou encore, le lait traité peut être évaporé jusqu'à une teneur totale en matières solides voulue s'approchant
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convenablement de la teneur en matières solides recherchée dans le produit final, par exemple 25,9% à 34%, ou jusqu'à toute concentra- tion intermédiaire, et ajouté tel quel ; est encore possible de sécher le lait traité jusqu'à l'état solide, de préférence par évaporation suivie d'une dessication par projection, et d'ajouter les matières solides sèches résultantes. L'addition des matières solides traitées peut être effectuée en tout point convenable dm traitement.
Par exemple, s'il s'agit de la préparation de lait évaporé, cette addition peut se faire dans le préchauffeur avant ou pendant ltopé- ration de préchauffage ; encore un lait- évaporé entre l'évaporateur et l'homogénéiseur. L'addition peut se faire aussi entre l'homogénéi- seur et le stérilisateur, mais ainsi qu'il apparaît clairement, il est préférable de l'ajouter avant l'homogénéiseur car ce dernier contribue au mélange de constituants solides du lait traité ou de la matière contenant les constituants solides du/lait ainsi ajoutés, avec la masse principale du lait ou du produit lacté en traitement.
Lorsqu'ils sont ajoutés avant la concentration 'ou l'évapora- tion, les constituants solides du lait traités par échange des bases, peuvent être ajoutés soit sous la forme du fluide lacté traité, soit sous celle du fluide lacté traité évaporé, soit enfin sous la forme des matières solides sèches extraites du fluide traité, l'addition se faisant de préférence, ainsi que l'on constaté, dans el préchauf feur ou avant celui-ci; Lorsqu'ils sont ajoutés après l'évaporation ou la concentration, les constituants solides du lait traité sont intr duits sous la forme du lait fluide traité évaporé de concentration voisine de celle rechercheedans le produit fihal ou supérieure à celle-ci, ou sous la forme de l'extrait solide sec de ce fluide.
On procède ensuite au réglage classique de la teneur en.matières solides totales et en matières grasses du produit évaporé avant de procéder à la stérilisation finale.
La proportion des constituants solides du lait traité par échange.des bases, nécessaire pour assurer la stabmlisation, varie
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entre 8 et 605 environ par rapport à la teneur totale en constituants solides du lait dans le mélange, les proportions inférieures étant suffisantes lorsque le produit final doit satisfaire aux normes amé- ricaines soit 25,9% de matières solides totales, et les proportions plus fortes étan requises lorsque le produit final doit répondre aux normes européennes plus sévères, soit une teneur en matières solides t< totale de l'ordre de 32 à 34%
Les constituants solides du lait traités par échange des bases, peuvent, si on le veut, être sensiblement exempts de graisse et peuvent être obtenus par traitement de lait écrémé.
On peut en ce cas réglet la teneur en matières grasses du produit final avant l'opé- ration de stérilisation, comme dans la technique classique.
A titre d'exemple de la mise en oeuvre de l'invention, on a préparé un lait écrémé traité par édhange des bases, en utilisant une matière néolitique d'échange des bases appelée crystallite, qui avait au préalable été préparée en vue du traitement par un procédé de régénération appropriée, tel que celui décrit dans le brevet antérieur N 2.102.642 délivré à la demanderesse et à d'autres. La teneur en calcium et la teneur en phosphore du lait furent notablement réduites, le rapport final du calcium au phosphore étant de l'ordre de 1,154.
Ce lait traité fut alors converti en poudre sèche par le procédé usuel d'évaporation et de dessication par pulvérisation. Dans la prépa- ration d'un lait entier évaporé ayant une teneur de 30% en matières solides totales, on a ajouté au lait cette poudre traitée par échange de bases, après l'évaporation et avant la stérilisation du lait. Ce lait entier, essayé seul, exigeait l'addition d'environ 373 grammes de phosphate disodique par tonne de lait évaporé pour assurer sa stabi- lité; avec l'addition de la poudre traitée par échange de bases en quantité nécessaire pour fournir de 6 à 10% de la teneur totale en matières solides du produit, et sans aucune addition de sel, on obtient des produits stabilisés satisfaisants sans caillots et de bonne consis- tance.
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Pour citer un autre exemple, dans la préparation d'un lait évaporé d'environ 26% de matières solides totales, on a ajouté des matières solides traitées par échange de bases sous la forme sd'un lait écrémé évaporé traité par échange de bases, contenant
18% de matières solides totales, préparé par contact du lait écrémé évapore1 favec de la crystallite régénérée cmmme décrit ci-dessus. Ces produits furent incorporés dans du lait soumis au traitement d'évaporation avant l'opération d'evaporàtmon proprement dite, dans des proportions nécessaires pour fohrnir de 25 à 50% des mabières solides du lait traité; dans les matières solides totales du produit. La stérilisatic fut conduite à 1160 pendant 19.minutes.
Dans les deux cas, les pro- duits se révélèrent stables vis-à-vis de la coagulation, la consis- tance du produit final étant un peut moins épaisse dans le cas d'une teneur plus élevée en lait traité par échange des bases. Le lait non traité utilisé dans ce traitement d'évaporation se caagulait mal lorsqu'il était soumis au traitement d'évaporation et de stérilisation sans. addition des constituants solides du lait traités par échange des bases.
A propos de l'utilisation des constituants solides du lait traités par échange des bases du genre décrit ci-dessus, il a été constaté que lorsque la proportion des constituants solides du lait traités par rapport aux matières solides totales du lait en cours. de traitement, dépasse 60% environ, il se produit une inversion et une formation irréversible de caillots se manifeste de nouveau à la suite du traitement thermique.
Dans l'exposé qui précède, on a"fait allusion au rapport calcium phosphore de la matière traitée par échange des bases dans les constituants solides du lait, en tant qu'indication des effets résul- tant du traitement par la matière d'échange, mais il doit être bien entendu que cela ne veut pas dire que tel est le seul résultat obtenu, ni que ce soit le seul résultat efficace pour ssurer l'effet stabilie sateur décrit : il semble en effet que ce traitement entraîne certains autres effets auxquels l'action stabilisatrice dont il a été parlé
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peut tre due en partie du moins.
Ceci semble confirmé, à un certain dégré tout au moins, par le fait que le rapport calcium phosphore dans les matières solides du produit stable fihal se trouve fréquemment à l'intérieur de la marge.. normale dans le lait non traité qui est instable lorsqu'il est soumis au traitement thermique effectué dans les procédés susvisés.
L'invention a été décrite en se référant à divers exemples spécifiques illustrant sa mise en oeuvre mais les détails de ces exemples ne doivent pas tre considérés comme limitant la portée de l'invention.