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STERILISATION DE LIQUIDES-,
La présente invention est relative à un procédé de stérilisation d'aliments liquides ou de boissons, dans lequel le liquide à traiter passe continuellement, sous pression élevée, dans un canal d'un dispositif de chauffage, est chauffé pendant peu de temps à plus de 100 au moyen d'au moins un véhicule de chaleur constitué par un gaz ou une vapeur introduit dans le liquide et est détendu par réduction rapide de la pression dans un dispositif de détente. L'invention a trait en outre à un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé.
Les procédés connus jusqu'ici de stérilisation d'aliments liquides ou de boissons - par exemple la pasteurisation du lait frais ou de la crème - reposent sur un effet thermique de durée plus ou moins longue. Ainsi, il est connu de chauffer pendant peu de temps du lait frais par introduction de va- peur d'eau à des températures allant jusqu'à 150 , sous pression élevée de fa- çon correspondante, et une fois le traitement thermique effectué, de réduire la température de chauffage en diminuant la pression du liquide dans un dispo- sitif de détente.
Un dispositif connu pour la stérilisation du lait consiste, par exemple, en un dispositif de chauffage tubulaire dans lequel le lait à traiter passe continuellement sous pression élevée et peut être chauffé pen- dant peu de temps au moyen de vapeur d'eau introduite dans le parcours du lait par un tuyau y pénétrant. Les procédés connus et les dispositifs servant à leur mise en oeuvre présentent cependant des inconvénients graves qui empêchaient jusqu'ici une stérilisation efficace.En particulier, on ne peut empêcher que les liquides à traiter ou certains de leurs constituants soient soumis à des modifications nuisibles sous l'action de la chaleur.
En particulier, des élé- ments formant des spores et résistant à la chaleur ne peuvent pas être anéan- tis par le traitement thermique, ce qui rend impossible la conservation du liquide traité. Les modifications nuisibles se manifestent, par exemple, par la manifestation du goût connu de bouilli ou par la destruction de vitamines précieuses.
En particulier, dans la stérilisation du lait et de liquides con- tenant du lait,on a encore à craindre qu'aux points de contact avec des par- ties métalliques,fortement chauffées de façon exagérée, du dispositif de
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chauffage, des particules de lait brûlent lorsque les conditions d'écoulement sont défavorables, ce qui ne permet l'utilisation du lait pour la consomma- tion ou son traitement ultérieur pour donner des produits laitiers qu'en ad- mettant une diminution sensible de la qualité.
Contrairement à cela, le procédé selon l'invention et le disposi- tif servant à sa mise en oeuvre permettant une stérilisation parfaite en mé- nageant dans la plus grande mesure possible les constituants précieux du liqui- de à traiter.
Le procédé selon l'invention èst caractérisé par le fait que l'in- troduction d'au moins un véhicule de chaleur dans le liquide à traiter se fait sur la surface intérieure du canal du dispositif de chauffage. Le dispositif servant à la mise en oeuvre du procédé est caractérisé par le fait que le dis- positif de chauffage comporte au moins un canal pour le passage du liquide et que la surface intérieure du canal comporte au moins une ouverture servant à l'introduction du véhicule de chaleur, ouverture qui communique par un ca- nal d'arrivée avec un dispositif d'alimentation en véhicule de chaleur.
En particulier, pour la stérilisation du lait et de liquides con- tenant du lait,la durée du traitement thermique par chauffage jusqu'à la ré- duction de pression dans le dispositif de détente peut être limitée à moins d'une seconde. Le liquide peut en ce cas être avantageusement chauffé à une température comprise entre 170 et 2500 ou plus.
De façon avantageuse, il peut être prévu plusieurs points d'intro- duction pour le véhicule de chaleur, ces points étant répartis, sur au moins une section, en hélice sur la surface du dispositif de chauffage. Les points d'introduction du véhicule de chaleur peuvent également, à mesure que l'on s'écarte du point d'entrée du liquide à traiter dans le canal du dispositif de chauffage, présenter une section allant en diminuant ou être à des distan- ces l'un de l'autre allant en augmentant.
De façon avantageuse, les canaux d'amenée et les ouvertures d'in- troduction pour le véhicule de chaleur peuvent avoir une direction telle que le véhicule de chaleur introduit dans le parcours d'écoulement du liquide comporte une composante d'écoulement dirigée dans le sens de l'écoulement du liquide. La surface intérieure du canal du dispositif de chauffage peut encore être faite en forme de surface de révolution et le canal d'amenée et l'ouver- ture d'entrée du véhicule de chaleur ont une direction telle que la direction d'entrée du véhicule de chaleur dans le liquide fasse un angle aigu avec le plan contenant l'axe de la surface de révolution et l'ouverture d'entrée.
Dans certains cas, il est bon de revêtir d'une matière isolante au moins différentes parties limitant le parcours d'écoulement du véhicule de chaleur introduit. Comme véhicule de chaleur, on peut utiliser, par exemple, de la vapeur d'eau - éventuellement à l'état surchauffé -, de l'anhydride car- bonique ou de l'azote.
On va décrire le procédé selon l'invention et le dispositif ser- vant à sa mise en oeuvre, à l'aide d'exemples de réalisation représentés sur le dessin annexé dans lequel
La figure 1 est une coupe longitudinale d'un dispositif selon 1' invention.
La figure 2 en est une coupe suivant la ligne A-A de la figure 1.
La figure 3 est une autre coupe d'un dispositif selon l'invention.
Le dispositif de chauffage représenté sur la figure 1 et convenant en particulier pour la stérilisation du lait et de liquides en contenant, com- porte un canal rectiligne 1 présentant sur toute sa longueur une section d'é- coulement circulaire constante pour le liquide à traiter. A l'ouverture d'en- trée 2 du dispositif de chauffage, est fixé un raccord, non représenté, ser- vant à alimenter le dispositif de chauffage en liquide à traiter. De manière à maintenir un écoulement continu dans le canal 1, un organe d'entraînement non représenté se trouve dans le parcours du liquide en amont du dispositif
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de chauffage, Il est bon de préchauffer le liquide à température élevée avant son chauffage dans le dispositif de chauffage, par exemple au voisinage de 100 .
Le canal 1 est constitué par un corps tubulaire 3 comportant, dans sa paroi extérieure, un évidement 4 s'étendant sur une portion de cette paroi.
Le corps tubulaire 3 est enfilé dans un tube 5 formant enveloppe. Les deux parties 3 et 5 sont en acier inoxydable.
Conformément à l'invention, il est prévu, dans la surface intérieu- re du canal 1, une série d'ouvertures 6 qui communiquent avec la chambre 7, constituée par l'évidement 4 et comprise entre le corps tubulaire 3 et le tu- be 5, par des canaux d'introduction 8 pour le véhicule de chaleur. Le tube 5 porte une tubulure 19 par laquelle de la vapeur d'eau sous pression élevée arrive dans la chambre 7 et est introduite ensuite par les canaux 8 et les ouvertures 6 dans le liquide passant dans le canal 1. On peut régler à volon- té, au moyen d'organes de réglage de l'écoulement, non représentés, le rap- port, par unité de temps, de la quantité de liquide passant dans le canal à la quantité de vapeur introduite en même temps.
De ce fait, on peut régler facilement la température nécessaire pour la stérilisation des différents li- quides à traitere Cette température peut être par exemple de 170 à 250 pour le traitement de lait et de liquides en contenant, l'utilisation de tempé- ratures supérieures à 200 présentant certains avantages. Les différentes ouvertures 6 d'introduction de la vapeur sont réparties en hélice sur la pa- roi inférieure du canal 1, ce qui permet un chauffage uniforme de toutes les particules de liquide. Les canaux 8 d'introduction de la vapeur sont inclinés dans le sens de la circulation du liquide.
Il en résulte que le véhicule de chaleur comporte une composante d'ééoulement dirigée dans le sens de l'écoule- ment, ce qui contribue sensiblement à obtenir une vitesse de circulation uni- forme du liquide dans le canal 1.
Le tube formant enveloppe 5 va en s'élargissant à ses deux extré- mités. Dans les espaces annulaires ainsi formés se trouvent deux garnitures 9 et 9' empêchant la vapeur de sortir de la chambre annulaire 7.
Le corps tubulaire 3 porte, à son extrémité supérieure, une bride 10 qui en est solidaire et dont un collet 11 pénètre dans l'élargissement an- nulaire du tuyau 5 et s'appuie sur la garniture 9'.La bride 10 est reliée;, au moyen de vis de serrage 12, à -une bride 13 disposée sur la partie élargie annulaire, ci-dessus mentionnée, du tuyau 5. La force de traction exercée par les vis 12 a tendance à tirer vers le haut le tube formant enveloppe enfilé avec jeu sur le corps tubulaire 3 et, de ce fait, à serrer contre le collet fixe 11 de la bride 10 la matière d'étanchéité de la garniture 9'.en empê- chant que la vapeur sorte de la chambre 7.
A l'extrémité opposée, le tube formant enveloppe comporte une autre bride 14 qui est reliée au moyen de vis de traction 15 à une bride 16 enfilée librement sur le corps tubulaire 3. Cet- te bride comporte un collet 17 qui,de façon analogue, pénètre dans l'élargis- sement annulaire du tuyau 5, en venant porter sur la garniture 9, et en compri- mant la matière d'étanchéité qui la constitue.
Les différentes ouvertures 6 d'introduction de la vapeur sont fai- tes de telle sorte qu'à mesure qu'elles s'éloignent de l'ouverture d'entrée 2 du canal 1, leur section de passage aille en diminuant et qu'elles soient à une distance croissante les unes des autres. Grâce à celà, malgré une réduc- tion de la différence de température entre la vapeur et le liquide, à mesure que l'on s'éloigne de l'ouverture d'entrée du canal 1, les quantités de va- peur plus faibles introduites par les dernières ouvertures se condensent com- plètement ce qui contribue de façon notable à obtenir un écoulement continu du liquide et à un chauffage uniforme des différentes particules du liquide.
La section, représentée sur la figure 2, du dispositif de chauffa- ge correspond à la ligne A-A de la figure 1. La vapeur arrivant par la tubu- lure 19 pénètre dans la chambre 7 comprise entre le corps annulaire 3 et le tuyau 5 et elle arrive, par les canaux d'amenée ,8 et les ouvertures d'entrée 6, dans le liquide passant dans le canal 1. Les canaux d'amenée 8 ont une di- rection telle que le sens d'introduction de la vapeur dans le canal 1 fait un angle aigu avec un plan contenant l'axe longitudinal du canal et l'ouverture
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d'entrée correspondante.
Cette disposition permet d'utiliser l'énergie cinéti- que de la vapeur introduite pour obtenir une impulsion tourbillonnante sur les différentes particules du liquide, ce qui augmente la turbulence de l'écoule- ment du liquide et contribue, par suite, à chauffer uniformément toutes les particules de liquide.
Pour ménager le liquide à traiter, l'influence de la chaleur dans le dispositif de chauffage doit être interrompue par une réduction rapide de la température. Ceci s'obtient de façon avantageuse par une réduction rapide de la pression dans un dispositif de détente,non représenté, monté sur 1' ouverture de sortie du canal 1 et dans lequel le liquide chauffé est détendu à la pression atmosphérique ou à une pression légèrement supérieure. En uti- lisant des dispositifs à vide appropriés, on peut également détendre le liqui- de à une pression inférieure à la pression atmosphérique. Il en résulte une réduction rapide de la température au point d'ébullition correspondant, la va- peur d'eau, introduite dans le liquide et condensée,s'en échappant en même temps.
La vitesse d'écoulement du liquide peut être réglée par réglage des quantités de façon que la durée du traitement thermique par chauffage, jus- qu'à réduction de pression dans le dispositif de détente, s'élève à moins d' une seconde ce qui suffit, avec le dispositif selon l'invention, pour détrui- re les germes qui résistent le plus à la chaleur,,
Grâce à la disposition selon l'invention des ouvertures d'introduc- tion du véhicule de chaleur sur la surface intérieure du canal du dispositif de chauffage, on peut éviter que des particules individuelles de liquide vien- nent en contact, pendant un temps inadmissible, avec des parties métalliques se trouvant au voisinage immédiat des ouvertures d'introduction, ce qui pro- voquerait les modifications désavantageuses, mentionnées plus haut, dans le liquide traité.
En particulier, il ne se produit pas, dans l'écoulement du liquide, "d'expaces morts" dans lesquels la vitesse et la turbulence du li- quide se trouvent réduites au point que des particules de liquide viennent pendant longtemps au contact de parties métalliques fortement chauffées par le véhicule de chaleur, en ayant par suite tendance à brûler.
Dans certains cas, il est bon, en utilisant une matière de con- ductibilité calorifique réduite, de réduire le transport de chaleur de la pa- roi intérieure des canaux d'amenée du véhicule de chaleur, aux parties métal- liques voisines venant au contact du liquide. La figure 3 est une coupe d'un dispositif de ce genre dans lequel les canaux d'amenée 8 et la surface ex- térieure, limitant la chambre 7, du corps annulaire 3 sont revêtus d'une ma- tière calorifuge 18, par exemple une matière céramique.
Le procédé selon l'invention permet de traiter des aliments liqui- des et des boissons,en particulier du lait et des liquides en contenant, pour les rendre aptes à être conservés, sans modification nuisible du goût et de la composition, de manière telle qu'ils restent aptes à la consommation pen- dant au moins 8 jours, en supposant qu'ils soient entreposés à l'abri de l'air et éventuellement de la lumière, à des températures inférieures à 10 et qu' il ne puisse se produire d'infection ultérieure.
Du lait condensé sucré, qui, selon le procédé de l'invention, a été chauffé à des températures supérieures à 200 , reste stable en choisissant également des compositions à forte teneur en substances sèches, ne contenant pas de graisse, pendant toute la durée de la période de lactation, ce qui empêche dans une grande mesure un épaississe- ment ultérieur. Des jus de fruit stérilisés selon l'invention se caractérisent, en particulier, par le fait qu'ils conservent dans une grande mesure les vita- mines précieuses qu'ils renferment et leur arôme naturel.
Pour le traitement de jus de fruits, il est bon d'utiliser comme véhicule de chaleur de lanhydri- de carbonique ou de l'azote.. Dans certains cas, il est bon d'utiliser des vé- hicules de chaleur différents qui sont introduits dans le liquide en deux en- droits différents de la surface extérieure du canal.