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La présente invention se rapporte à la fabrication de l'amidon et de sous-produits amylacés à partir de matières conte- nant de l'amidon/telles que des grains de céréales, par exemple de mais et de sorgho, par le procédé humide, et en particulier à des procédés perfectionnés pour libérer et séparer l'amidon et le glu- ten de la matière fibreuse contenant l'amidon.
Dans la fabrication de l'amidon à partir des matières amylyfères, comme le mais et le sorgho en grainse on a coutume de
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faire tremper les grains, puis de soutirer la liqueur de trempa- ge et de l'évaporer pour en recueillir les produits solubles qu'el- le contie@@ Le grain trempé est alors broyé et soumis, en présence d'eau, à des opérations de séparation des constituants du grain de- mais, à savoir le germe, l'enveloppe cellulosique (péricarpe) et l'endosperme. L'endosperme est composé de granules d'amidon indi- viduels noyés dans une gangue protéique formant le gluten.
Le pro- cédé usuel consiste à broyer grossièrement le grain pour libérer les germes, à séparer les germes par flottation puis à les laver pour éliminer l'amidon et le gluten ; on soumet alors le résidu des grains contenant les enveloppes et l'endosperme non broyés à un nouveau broyage et on soumet la matière broyée à une séparation grossière de matières cellulosiques, à des opérations de lavage, d'essorage ou de pressurage dans lesquelles l'amidon et le gluten sont enlevé par lavage de la partie cellulosique du grain par passage de la matière dans une série de tamis rotatifs recouverts d'une toile de cuivre ou de tamis à secousses. Le résidu cellulo- sique grossier qui contient encore de l'amidon résiduel, est sé- ché et ordinairement utilisé pour la nourriture des animaux.
Le mélange d'amidon, de gluten et d'eau provenant des opérations ci- avant est alors envoyé dans des tamis rotatifs ou à secousses gar- nis de toiles à bluter pour enlever le résidu cellulosique fin ou " fines ", qui sont soumises à des opérations de lavage sur une série de tamis rotatifs ou plans garnis de tissu pour séparer les " fines " de l'amidon et du gluten. Les courants de liquide qui contiennent de l'amidon, du gluten et de l'eau provenant des opé- rations de séparation et de lavage du germe, des parties cellulo- siques grossières et des " fines " sont alors mélangés et, si né- cessaire, réglés à la densité convenable au moyen de filtres, de centrifuges, etc.
Le liquide ainsi obtenu est envoyé dans des auges peu profondes,légèrement inclinées ( plans de dépôt ) ou traité d'autre manière, par exemple à l'aide de centrifugeuses,en vue de la séparation du gluten et de la majeure partie de l'eau de l'ami-.
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don, qui peut ensuite être soumis à .une ou plusieurs opérations de lavage en vue de sa purification.
On a jusqu'ici utilisé des broyeurs à meules pour broyer le résidu du grain restant après élimination du germe par flottation. L'action de ces broyeurs est obtenue à l'aide de gran- des meules de pierre telles qu'on en utilise depuis des siècles dans les divers types de moulins. Le mordant de ces meules s'émous se rapidement et des opérations de rhabillage et de dressage fré- quentes sont nécessaires pour remettre à neuf les surfaces de bro- yage afin d'obtenir un broyage satisfaisante Ces opérations de dressage sont coûteuses à la fois par la quantité de travail quel les exigent et par le fait que chaque broyeur est hors de service pendant environ huit heures tous les cinq jours.
Un autre inconvé- nient encore, et probablement le principal, des broyeurs à meules est le fait que, procédant par attrition, le broyage intéresse aus- si bien les résidus cellulosiques que l'amidon. Ainsi, si l'on veut parvenir au maximum de séparation de l'amidon et du gluten d'avec les parties cellulosiques,,il est impossible d'éviter la production d'une quantité considérable de particules cellulosiques extrêmement fines et de parties d'endosperme non broyées, désignées collecti- vement par le terme de Il fines ", qui-passent au tamis à mailles de 85 à 100 microns, en plus des particules plus grosses et plus désirables.
La diversité des'dimensions des particules de matières cellulosiques produites exige naturellement l'emploi de dimensions variées de mailles des tamis séparateurs, et en particulier de ta- mis de soie, ou analogue pour séparer'les " fines " résiduelles de l'amidon. Un autre inconvénient des broyeurs à meules est qu'ils endommagent non seulement les granules d'amidon " tendre Il mais aussi les granules d'amidon normal.
La présente invention se propose principalement de fournir certaines améliorations au broyage des matières amylacées par voie humide, plus particulièrement un procédé perfectionné
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d'extraction et de récupération de l'amidon des grains concassés dégermés. Elle se propose de fournir un procédé simplifié et plus économique de récupération de l'amidon et du gluten des matières amylyfères, la séparation de l'amidon et du gluten des matières amylacées dégermées étant effectuée de manière telle que la partie constituée par les matières cellulosiques reste sensiblement de la même dimension particulaire qu'avant la séparation.
Elle se propose de réduire le nombre d'opérations de tamisage et de lavage actuel- lement nécessaires dans le traitement par voie humide des matières amylyfères, lequel traitement étant tel qu'un réglage de la densi- té de la suspension aqueuse d'amidon avant les opérations de tami- sage ou de centrifugeage devient inutile. Elle se propose encore de fournir un procédé de recyclage de certaines eaux du circuit, tel que les présents perfectionnements dans le procédé de fabrica- tion de l'a ion par voie humide puissent être facilement adaptés à l'application à un système de circulation de liquide'en circuit fermé. Enfin, elle se propose de supprimer sensiblement la totali- té des dommages causés à l'amidon normal ou " tendre " par les broyeurs à meules.
La présente invention fournit un procédé de fabrica- tion de l'amidon par voie humide, comportant la soumission des grains amylacés à des opérations de trempage, de concassage et d'en. lèvement des germes, donnant une matière humide dégermée contenant l'enveloppe cellulosique et l'endosperme non broyé, le versement de cette matière humide dégermée sur un disque'tournant à grande vitesse qui communique sa vitesse à la matière et la projette sur une surface où elle subit un choc, ledit choc se produisant à peu près normalement à la direction de la matière, ce qui provoque la séparation du gluten et de l'amidon des parties cellulosiques sans la déchiqueter, la vitesse périphérique du disque tournant étant d'au moins environ 6. 300 mètres par minute.
Conformément au procédé perfectionné selon l'invention,
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la matière amylacée dégerméhumide est soumise à l'action d'un ap- pareil à choc (appelé dans l'industrie broyeur à choc),dans lequel ladite matière est déversée sur un rotor pouvant être muni de bro- ches et qui tourne à une vitesse critique et communique cette vi- tesse à la matière et en provoque le choc sur urie surface consti- tuée par exemple par des aiguilles ou broches fixes, le choc étant sensiblement normal à la direction de la matière.
Cet arrangement permet de projeter la matière à centrifuger contre un objet au lieu de la piler et de la couper, comme cela se produit par exem- ple dans un broyeur à marteau qui provoque un écrasement excessif des parties cellulosiques et incidemment la formation de " fines ".
Le choc exercé par le broyeur décrit provoque apparemment le déta- chement de l'endosperme des parties cellulosiques et sépare les granules d'amidon de la gangue de gluten sans écraser les envelop- pes.
L'efficacité du choc sur la matière amylacée dépend pour la plus grande part de la vitesse à laquelle elle est proje- tée contre les broches, laquelle dépend elle-même de la vitesse du rotor et de son diamètre. Pour un rotor de 685,8 mm de diamètre, une vitesse d'environ 3000 à 3850 tours/minute est satisfaisante.
Au-dessous de 3000 tours/minute environ pour un rotor de cette di- mension, le choc ne parait pas suffisant pour provoquer le détache- ment de l'amidon et du gluten des fibres. La vitesse maximum pour chaque rotor est celle à laquelle la machine peut fonctionner avec sécurité, Si l'on utilise des rotors plus petits, la vitesse doit être proportionnellement plus grande, et inversement.Exprimée en vitesse périphérique, la vitesse minimum pour un rotor quelconque est d'environ 6.300 mètres par minute. Un rotor de 1016 mm tournant à 2500 tours/minute est équivalent à un rotor de 685,8 mm tournant à 3700 tours/minute.
Pour obtenir les résultats les meilleurs, les broches de rotor doivent avoir un diamètre de 19,05 mm et pour un rotor de
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685,8 mm, il doit y avoir 72 broches, l'espacement entre les bro- ches étant de 28,57 mm. Les broches de stator ne doivent pas être espacées de moins de 12,7 mm et de plus de 38,1 mm. Si l'espace- ment est inférieur à 12,7 mm, il se produit des engorgements et s'il est supérieur à 38,1 mm, une certaine quantité de matière pas- se à travers sans être soumise à la pleine vitesse du rotor. Pour le rotor de 685,8 mm, il doit y avoir 84 broches de stator de 19,05 . mm de diamètre, espacées de 27 mm environ.
Le jeu entre les broches de rotor et de stator doit être suffisant pour qu'elles ne se heur- tent pas mutuellement, mais il ne doit pas être assez grand pour diminuer l'efficacité du choc du rotor. D'une manière générale, un jeu d'environ 12,7 à 50,8 mm est satisfaisant; le jeu préféré étant de 12,7 mm. Il est préférable que le rotor du broyeur à choc soit horizontal, disposition qui assure une excellente répartition sur les surfaces de choc.
La matière dégermée humide soumise au traitement doit avoir une teneur en humidité aussi faible que possible pour que la force à mettre en oeuvre pour assurer le fonctionnement du broyeur soit minimum. Les dispositifs-mécaniques d'essorage couramment uti' lisés donnent une matière d'une teneur en humidité comprise entre
65 et 90 %.
Après avoir été soumise à l'action du choc, la matière dégermée humide est tamisée et lavée de la manière ordinaire à l'aide de toiles à bluter. La matière cellulosique obtenue, qui correspond à celle désignée par l'expression de fibre grossière mais qui conserve un faible pourcentage d'amidon, comme on le ver- ra plus complètement dans la suite, est séchée de la manière habi- tuelle. Le liquide contenant l'amidon en suspension sortant du broyeur, séparé de la fibre, est séparé lui-même en amidon et glu- ten de la manière habituelle, par exemple par centrifugeage.
La matière amylacée dégermée peut être soumise à un traitement par choc en un ou plusieurs stades; par exemple,les parties cellulosi-
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ques recueillies après un premier passage dans le broyeur à choc peuvent être cuv@yées dans un second broyeur à choc destiné à sépa. rer l'amidon ré duel et le gluten de ces débris d'enveloppes. Il est égalaient possible, mais moins pratique, d'utiliser un broyeur à meules dans le premier stade et un broyeur à choc dans le second
L'usage d'un broyeur à choc dans le broyage à l'état humide des grains de céréale constitue-un net progrès industriel.
En premier lieu, comme on l'a fait remarquer, les parties cellulo- siques ne sont pas réduites en dimension de sorte que certaines opérations de tamisage et de lavage peuvent être supprimées, ce qui comporte des avantages économiques. Il est ainsi évident que, s'il existe une certaine quantité de particules cellulosiques fines la majeure partie d'entre elles a été produite avant l'usage du broyeur à choc ou est propre au grain de céréale.Bien que la teneur en amidon des parties cellulosiques provenant d'une première opéra- tion de "oyage par choc soit à peu près la même que celle des fi- bres obtenues par une première opération dans un broyeur à meules, cet avantage représente en lui-même un grand progrès industriel.
Toutefois, si les parties cellulosiques provenant d'un premier pas- sage dans un broyeur à choc sont soumises à une seconde opération dans un broyeur à choc, il y a une nette diminution de la teneur en amidon de ces parties cellulosiques, comme on le verra plus com- plètement dans la suite, avec cet avantage supplémentaire que le second stade de broyage par choc ne forme pas sensiblement de fi- nes, ce que fait le broyage au broyeur à meules. La réduction de la teneur en amidon des parties cellulosiques assure un rendement global en amidon plus élevé et l'obtention d'une protéine de meil- leure qualité.
En outre, la qualité de ltamidon est améliorée, ainsi qu'il apparaît de son comportement dans ses applications, par exemple comme matière première dans la fabrication du glucose.
On n'a pu expliquer de manière complète cette amélioration, mais elle semble en relation avec la teneur en fines de l'amidon.
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Le tableau ci-dessous fait ressortir de manière plus précise ces divers avantages.
TABLEAU I
EMI8.1
<tb> Broyeur <SEP> à <SEP> meules <SEP> Broyeur <SEP> à <SEP> choc
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<tb> 1 <SEP> passe <SEP> 2 <SEP> passes <SEP> 2 <SEP> passes <SEP>
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<tb> Pourcentage <SEP> d'amidon <SEP> dans <SEP> les
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<tb> débris <SEP> cellulosiques <SEP> (lavage
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<tb> au <SEP> laboratoire). <SEP> 12,1 <SEP> 8,5 <SEP> 3,6
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<tb> Pourcentage <SEP> de <SEP> protéine <SEP> dans
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<tb>
<tb> le <SEP> gluten. <SEP> 62,9 <SEP> 64,8 <SEP> 70,0
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<tb> Refus <SEP> cellulosique <SEP> au <SEP> tamis <SEP> à
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<tb> mailles <SEP> de <SEP> 50 <SEP> microns,mg/litre. <SEP> 240 <SEP> 240 <SEP> 138
<tb>
<tb>
<tb> @
<tb>
<tb> Sirop <SEP> de <SEP> glucose.
<SEP> Couleur <SEP> de <SEP> la
<tb>
<tb>
<tb> liqueur <SEP> saccharifiée <SEP> et <SEP> neutra-
<tb>
<tb>
<tb> lisée <SEP> (@). <SEP> 3,7 <SEP> 3,6 <SEP> 1,2
<tb>
<tb>
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<tb>
<tb> Sirop <SEP> de <SEP> glucose. <SEP> Couleur <SEP> du
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<tb>
<tb> produit <SEP> terminé <SEP> (@). <SEP> 1,1 <SEP> 1,0 <SEP> 0,7
<tb>
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<tb> Sirop <SEP> de <SEP> glucose. <SEP> Couleur <SEP> après
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<tb>
<tb> deux <SEP> heures <SEP> de <SEP> chauffage <SEP> apr <SEP> 2 <SEP> le8 <SEP> 1,3
<tb>
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<tb> % <SEP> carbone <SEP> nécessaire <SEP> pour <SEP> déco-
<tb>
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<tb> lorer <SEP> le <SEP> produit <SEP> fini.
<SEP> 0,6$6 <SEP> 0,545 <SEP> 0,418
<tb>
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<tb> Rendement <SEP> en <SEP> amidon <SEP> basé <SEP> sur <SEP> 1
<tb>
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<tb> passe <SEP> au <SEP> broyeur <SEP> à <SEP> meules <SEP> compté
<tb>
<tb>
<tb> 100 <SEP> % <SEP> 100 <SEP> 101,8 <SEP> 102,3
<tb>
(@) : Mesurée au spectrophotomètre de Coleman.
L'action d'un broyeur à choc sur la matière contenant de l'amidon dégermée assure une séparation plus efficace et écono- mique en ses composants qu'il n'était possible d'obtenir jusqu'ici.
Par exemple, avec la matière amylacée dégermée couramment produite, on obtient) à l'aide du broyeur à choc,10 % seulement de particules cellulosiques fines (passant au tamis à mailles de 0,8 à 0,6 mm et retenues au tamis à mailles de 0,1 à 0,08 mm) et 90 % de particu- les cellulosiques grossières (retenues au tamis à mailles de 0,8 à 0,6 mm).
Le broyeur à meules, en raison de son action principale qui est une action de cisaillement, déchiquète les parties cellu- losiques et donne ainsi un pourcentage plus élevé de " fines " en même temps qu'il permet à de plus grandes parties d'endosperme de
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rest @ @@@n broyées @a chaleur engendrée par l'action de broyage est apparemment s@ '- -ante pour gélatiniser l'amidon " tendre ",et l'action d'écrase@@@ du broyeur à meules provoque la rupture des granule....... amidon " tendre ". De même, la chaleur affecte les gra- nules d'amidon normal, mais à un degré moindre.
Les broyeurs com- portant une action importante de cisaillement ou de conpe ne con- viennent pas dans la présente invention.
Un autre avantage du broyeur à choc est son adaptabi- lité à un réglage automatique, permettant un fonctionnement continu' et régulier du système.
La description détaillée suivante, faite avec référence aux dessins annexés, permettra une compréhension plus complète de l'invention. La figure 1 représente un type de broyeur à choc pro- pre à la présente invention et la figure 2 montre son application au broyage du mais en milieu humide.
@elon la figure 1, le broyeur à choc consiste essen- tiellement en un élément rotatif 3 logé dans un carter 10. L'élé- ment rotatif est muni de broches d'impact 4 mutuellement équidista@ tes, disposées sur la périphérie du rotor. L'arbre 1 et la poulie motrice 2 assurent la rotation de cet élément. Le carter est muni de broches stationnaires 5,mutuellement équidistantes. Le fond du carter est en forme de cône et recueille et décharge la matière traitée. En fonctionnement, la matière à traiter 7 est déversée sur le rotor 3 au centre ou au voisinage du centre.
Cette matière pas- se vers l'extérieur à travers les broches de rotor 4 et prend une accélération dans le sens de rotation sensiblement égale à la vi- tesse périphérique du rotor, puis est déchargée à travers les bro- ches 5 du stator, où l'inertie des particules est absorbée. La ma- tière traitée est alors déchargée par l'ouverture de sortie 6.
En se référant à la figure 2, le mais 1 est placé dans la cuve de trempage 2 dans lequel il est soumis à l'action d'une solution chaude d'anhydride sulfureux. Le mais trempé est déchargé
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dans le broyeur à attrition 3,dans lequel il est grossièrement broyé avec détachement des germes, le grain broyé et les germes étant séparés dans le séparateur 4. Les germes, réunis à ceux qui proviennent du séparateur 9, sont lavés par un courant d'eau 16 de fabrication (provenant des opérations de lavage de l'amidon dont on parlera dans la suite.). de manière à enlever l'amidon'adhérant sur des tamis à secousses 5 et 6. Les germes lavés 23 sont envoyés dans un séchoir.
Les particules cellulosiques et la suspension d'a- midon provenant du séparateur 4 sont envoyées sur le tamis d'égout- tage 7, les particules cellulosiques étant de nouveau broyées dans ,le broyeur à attrition 8. Le filtrat provenant du tamis 7 est réin- troduit avant que le mélange broyé entre dans le séparateur 9.
Les germes provenant du séparateur 9 entrent dans le système de lavage des germes (5,6) tandis que le mélange de particules cellu- ,losiques e@ d'amidon passe sur le double tamis à secousses 10. Les produits tamisés provenant de ces deux tamis passent dans le bro- yeur à choc 11 et la matière cellulosique provenant de la sortie du broyeur est séparée du mélange sur-le tamis 12. On mélange les filtrats provenant des tamis 10 et 12 pour donner le lait d'amidon 22. Les particules cellulosiques provenant du tamis 12 sont lavées sur le tamis 13 et envoyées dans le broyeur à choc 14. Après trai- temènt dans le broyeur à choc 14, les particules cellulosiques sont lavées sur les tamis 15 et 17.
L'eau 16 de fabrication desti- née au lavage des particules cellulosiques est ajoutée au système entre les tamis 15 et 17. Les particules cellulosiques provenant @ du tamis 17.sont envoyées dans la presse 18 et envoyées dans le dispositif de séchage 21. Le filtrat provenant 'du tamis 17 passe sur le temis 19 et les particules cellulosiques recueillies sont essorées dans le filtre-presse 20, puis envoyées dans-le disposi- tif de séchage 21. Le lait d'amidon 22 est séparé en glutenet ami- don de la manière habituelle, par exemple à l'aide de centrifugeu- ses.
L'eau de fabrication provenant du débordement du gluten peut
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être renv@yée dans les cuves de trempage ; où elle est réutilisée et celle qui provient de la concentration du débordement d'amidon et du lavage du gâteau d'amidon peut être réutilisée dans le pro- cèdé, par exemple en 16. On introduit de l'eau fraîche dans le sys- terne pour laver l'amidon et on opère à contre-courant.
On peut rendre le procédé ci-avant décrit plus écono- mique et efficace à l'aide de dispositifs de pressurage installés avant les broyeurs à choc 11 et 14 pour réduire la teneur en hu- midité de la matière dégermée au-dessous des 65 à 90 % actuellement obtenus.
Les filtrats provenant de ces dispositifs de pressurage doivent être réintroduits dans le système de lavage à contre-cou- rant au poste le plus rapproché ; parexemple l'eau provenant de la première presse doit être envoyée en 9 ou la*L'eau provenant de la seconde presse doit être mélangée avec le filtrat venant de 13.
REVENDICATIONS
1. Procédé perfectionné de fabrication d'amidon par voie humide à partir de matières contenant de l'amidon, dans lequel le grain comportant l'amidon est soumis à des opérations de trem- @ @@@@@@ page,, de concassage' et de séparation des germes, de manière à obte- nir une matière dégermée humide contenant les enveloppes du grain et l'endosperme non broyé en vue de la séparation ultérieure en ami@ don, gluten et parties cellulosiques, procédé dans lequel on déver- se la matière dégermée humide sur un disque tournant à grande vi- tesse qui lui communique sa vitesse et en provoque le choc contre une surface,
ledit choc étant sensiblement normal à la direction de la matière, ce qui provoque la séparation du gluten et de l'ami- don des parties cellulosiques sans déchiqueter celles-ci, la vites- se périphérique du disque rotatif étant d'au moins 6.300 mètres par minute.