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Procédé de traitement du grain.
Pour de nombreuses utilisations du grain, qui est aux fins de l'invention celui provenant de'toute céréale, les hydrates de carbone du grain sont attaqués par des enzymes qui les transfor- ment en dextrose. Pour l'alimentation du bétail, par exemple, les enzymes secrétés par les organismes du rumen et de l'intestin agis- sent sur les hydrates de carbone du grain et les amènent sous une forme facile à métaboliser. De façon analogue, en brasserie et en distillerie, le grain est trempé et des enzymes sont ajoutés pour transformer l'amidon en dextrine et en sucre en vue de la fermenta- tion alcoolique.
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La Demanderesse a découvert à présent que l'aptitude des enzymes à transformer les hydrates de carbone en dextrose recherché peut être augmentée sensiblement en traitant le grain dans certaines conditions de cuisson sous pression avant de le soumettre à l'action des enzymes. Etant donné que la bonne utilisation du grain dépend de l'aptitude des enzymes à en transformer les hydrates de carbone-en agents nutritifs tels que le dextrose il est évident que tout ac- croissement d'efficacité de l'action des enzymes se traduit par une meilleure utilisation du grain.
Ainsi, si le grain est traité de façon que les enzymes du système digestif de l'animal puissent aug- menter la quantité d'agents nutritifs disponibles pour le métabolisme tandis que le grain traverse le système digestif, l'accroissement de poids de l'animal par quantité unitaire de grain métaboiisée augmen- te de façon proportionnelle.
On a déjà proposé auparavant de préparer le grain en le soumettant longtemps, par exemple pendant 25 à 40 minutes, à l'action de la vapeur d'eau, l'hypothèse étant dans ce cas que l'amidon du grain puisse être transformé en sucre par une cuisson suffisamment prolongée. Un tel procédé n'a jamais eu de succès dans l'industrie, apparemment parce que les frais qu'entraîne une longue cuisson com- penseraient en partie les bénéfices résultant de l'amélioration de la digestibilite du grain. En fait, le grain était jusqu'à présent donné cru aux animaux ou soumis à l'action de la vapeur d'eau et écrasé entre des rouleaux à la pression atmosphérique.
Suivant l'in- vention, le grain est cuit à des températures relativement élevées pendant un temps très court, puis écrasé entre des rouleaux ou défor- mé autrement tandis qu'il se trouve encore à.l'état plastique. Ce traitement particulier non seulement supprime les frais que provoque une longue cuisson, mais encore donne du grain plus facile à digérer que tout autre grain donné jusqu'à présent aux animaux.
L'invention a donc pour buts de procurer: -
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un procédé de traitement du grain visant à le'conditionner de façon que les hydrates de carbone qu'il contient soient transfor- més plus efficacement en dextrose par les enzymes; un procédé efficace de préparation du grain destiné à l'alimentation des animaux; un procédé de traitement du grain visant à le conditionner pour l'alimentation des animaux qui n'accroisse pas excessivement la , teneur en humidité du grain; un procédé de traitement du grain qui accroisse la vitesse de digestion du grain; un appareil perfectionné pour le traitement du grain; un nouvel aliment; un nouvel¯aliment pour animaux que ceux-ci puissent digérer facilement;
un nouvel aliment pour le bétail et la volaille qui ait une teneur en humidité inférieure à 25% et qui soit susceptible d'être digéré de façon relativement rapide.
D'autres buts de l'invention ressortiront de sa description ; faite ci-après avec référence aux dessins annexés, aans lesquels : la Fig. 1 représente schématiquement en élévation, avec parties arrachées, un appareil permettant d'exécuter le procédé suivant l'invention; les Figs. 2 à 5 sont des diagrammes montrant en particu- lier la quantité de dextrose libérée par des enzymes du\grain traité dans diverses conditions de temps, de température et de pression suivant l'invention.
Suivant l'invention, le grain, par exemple le sorgho ou le mais, ayant une teneur normale en humidité est cuit en atmosphère saturée de vapeur d'eau sous une pression telle que les macromolécu- les d'amidon soient divisées en petites molécules qui se digèrent assez facilement. Pour certaines variétés de grain, la cuisson peut se faire pendant 15 secondes à 5 minutes sous une pression comprise,
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entre 2,812 et 7,030 kg/cm2 au manomètre. L'expression "teneur nor- male en humidité" qualifie dans le présent mémoire la teneur en humidité du grain dans les conditions atmosphériques normales.
Dans le cas du mals et du sorgho, une telle teneur normale en humi- dité peut être comprise entre 9 et 13%, bien qu'elle puisse être moindre dans les climats secs. Après la cuisson, le grain est écrasé ou soumis à un autre traitement destine à lui faire subir un cisail- lement et à disloquer la structure des tissus, tandis qu'il est en- core chaud. Le grain cuit et écrasé puis refroidi se trouve dans un état où les enzymes peuvent transformer en dextrose en un temps déterminé une quantité d'hydrates de carbone beaucoup plus grande que celle qu'ils pourraient transformer si le grain avait été simple- ment soumis à l'action de la vapeur ou cuit sous une pression n'en- traînant pas la rupture des macromolécules d'amidon.
Les vitesses de conversion exceptionnelles des hydrates de carbone qui sont obtenues lorsque le grain est traité dans les conditions prédéterminées suivant l'invention ont été mises en évl- dence par des essais au cours desquels de petits échantillons de grain sont cuits sous diverses pressions, puis écrasés entre des rouleaux pour amener le grain à l'état de flocons. Lorsque ces flocons sont moulus et soumis à l'action d'enzymes, la quantité de dextrose formée par intervalle de temps est beaucoup plus grande dans le cas de flocons faits de grains cuits sous des pressions de 2,812 à 7,030 kg/cm2 au manomètre que dans le cas de grains soumis simplement à l'action de la vapeur d'eau ou cuits sous des pressions inférieures à 2,812 kg/cm2 au manomètre.
Ainsi, pour le grain sou- mis aux essais, la dégradation des molécules d'amidon apparaît com- mencer avec une vitesse exceptionnelle lorsque la pression vaut en- viron 2,812 kg/cm2 au manomètre.
Le grain est traité suivant l'invention en vue des essais et des applications industrielles telles que la préparation d'ali-
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ments pour le bétail à l'aide de l'appareil représenté schématique- ment par la Fig. 1. Pour exécuter le procédé, du grain est amené dans un autoclave ou cuiseur 10 au sortir d'une trémie 12. Le ré- cipient 10 peut être du type décrit dans le brevet belge n . 600.970.
En général, un tel autoclave comprend une enveloppe cylindrique al- longée inclinée 14, dans laquelle est monté un élément rotatif con- voyeur en forme de tarrière ou de vis 15. La vis peut être action- née à des vitesses déterminées à l'aide d'un mécanisme d'entraînement à vitesse variable 16, de façon que le grain traverse le récipient en un temps prédéterminé. Par conséquent, le temps de cuisson dé- pend de la vitesse de rotation de la vis et peut être compris entre 1 et 5 minutes suivant la nature du grain et d'autres conditions du traitement. Des raccords appropriés, par exemple des conduites 17, permettent de faire.circuler dans le récipient 10 un agent de chauf- fage, tel que de la vapeur d'eau sous pression.
Le grain est intro- duit dans l'enveloppe par une valve étanche à la pression 18 et en est retiré par une valve étanche à la pression 19. Ces valves peu- vent être du type décrit dans le brevet américain n 2.638.137 et comprendre chacune,de façon générale, un rotor 20 tournant dans un logement 21 et portant.un certain nombre d'ailettes radiales 21a.
Le grain se déverse par la valve 19 dans une goulotte 22 qui l'amène entre les rouleaux 23 et 24 d'un mécanisme qui écrase le grain en flocons. Ce mécanisme produisant des flocons peut être d'un type classique dans l'industrie et peut comprendre un moteur 25 et des mécanismes d'entraînement appropriés agissant simultanément sur les rouleaux. Les rouleaux peuvent être en métal et avoir une surface cylindrique lisse et sont montés de façon réglable sur un support, de façon à pouvoir être séparés de la distance requise en fonction de l'épaisseur que doivent avoir les flocons.
Un mécanisme de production de flocons qu'on peut utiliser dans le système suivant l'invention est le Memco Roller Mill 18 X 30
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vendu par la Hill Engineering and Machinery C of Oakland, Callfornia.
Dans cette machine, aeux rouleaux d'un diamètre de 45,72 cm et d'une longueur de 76,20 cm sont montés de façon à pouvoir être plus ou moins rapprochés l'un de l'autre, Pour obtenir des flocons minces, les rouleaux peuvent être montés avec un jeu de 0,13 mm entre eux.
Les flocons quittant les rouleaux 23 et 24 sont recueillis dans un récipient approprié 27 ou sur un transporteur à courroie (non représenté) ou à l'aide d'un dispositif analogue.
Il va de soi qu'en utilisant l'appareil de la Fig. 1, on peut faire passer le grain dans le cuiseur en une durée quelconque comprise entre 1 et 5 minutes, pour l'y soumettre pendant son passa- ge à l'action de la vapeur d'eau sous une pression choisie quelcon- que, par exemple comprise antre 2,812 et 7,030 kg/cm2 au manomètre.
Les rouleaux peuvent être choisis de façon à écraser le grain à une épaisseur quelconque comprise entre celle de flocons très minces et celle de flocons d'une épaisseur d'environ 3,81 mm.
--Etant donné que les rouleaux se trouvent directement sous la valve de sortie, le grain cuit est écrasé en substance immédiate- ment à la sortie du cuiseur, tandis qu'il est encore chaud et à l'état plastique.
Le diagramme de la Fig. 2 portant en abscisses le temps en heures et en ordonnées la quantité de dextrose en mg par g de sorgho sec, représente la vitesse à laquelle les enzymes libèrent le dextro- se d'échantillons de sorgho qui ont été traités sous différentes pressions avant d'être soumis à l'action des enzymes. Pour exécuter les essais, on prépare cinq échantillons de sorgho ayant une teneur en humidité de 9 à 13%.
L'échantillon A est soumis à l'action de la vapeur 4'eau pendant 10 minutes dans un récipient clos à une tempéra-' ture de 98,9 C. L'échantillon B est cuit dans la vapeur d'eau sous une pression de 1,055 kg/em2 au maromètre pendant 15 minutes, l'échan- tillon C est cuit dans la vapeur d'eau sous une pression de 1,055 kg/cm2
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au manomètre pendant 120 minutes, l'échantillon D est soumis à 1'action de la vapeur d'eau sous une pression de 3,515 kg/cm2 au manomètre pendant 2 minutes, et l'échantillon E est traité pendant 2 minutes dans la vapeur d'eau sous une pression de 5,273 kg/cm2 au manomètre.
Après que chaque échantillon ait été traité comme ci-dessus, il est immédiatement écrasé pour former des flocons d'une épaisseur d'environ 0,66 mm. La teneur en humidité de chaque échan- tillon est déterminée à l'aide d'un appareil industriel qui indique que les échantillons B, C, D et E ont une teneur en humidité infé- rieure à 25% en poids, c'est-à-dire que chaque échantillon est con- stitué pour plus de 75% par les matières sèches du grain. Chaque échantillon est versé sur un plateau et séché pendant environ 15 heu- res. Chaque échantillon est moulu et 25 g du produit de mouture sont mélangés dans un récipient en verre avec un mélange comprenant 0,1 g d'une diastase et 200 cm3 d'eau distillée.
La contenu du récipient est maintenu à une température de 38,3 C et le récipient est animé d'un mouvement circulaire dans un plan vertical, de façon à faire mouvoir le mélange et l'agiter pendant quatre heures, c'est- à-dire pendant la durée correspondant environ au temps de séjour des aliments dans l'estomac des animaux. Après chaque demi-heure, chaque échantillon est analysé au réfractomètre pour établir la quantité de dextrose en présence.
Il convient de remarquer, comme le montre la Fig. 2, que dans le cas de l'échantillon A traité de la façon classique, c'est- à-dire par chauffage à 98,9 C en atmosphère de vapeur d'eau, la quantité de dextrose présente dans l'échantillon n'excède pas 25 mg par gramme de matière sèche provenant du sorgho. Les échantillons B et C traités sous une pression de 1,055 kg/cm2 en manomètre ont une teneur en dextrose qui s'accroît rapidement au cours de la première demi-heure de digestion, mais qui s'uniformise à des valeurs relati-
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vement peu élevées au cours des 3,5 heures suivantes.
La quantité de dextrose des échantillons D et E, au contraire, continue d'augmen- ter pendant plusieurs heures, l'échantillon D conduisant à une va- leur de 560 mg par gramme et l'échantillon E à une valeur de 630 mg par gramme de matière sèche provenant du sorgho.
La Fig. 3 indique en fonction du temps en abscisses en heures et en minutes les quantités de dextrose libérée en ordonnées, en mg/g de matière sèche par des enzymes n'un second groupe d'échan- tillons de sorgho. On soumet à l'essai, les huit échantillons A, B, C, D, E, F, G, et H qui sont tous traités pendant le même temps, à savoir pendant 2 minutes et 25 secondes, mais dans de la vapeur d'eau sous différentes pressions en l'occurence 5,624; 4,921, 4,218; 3,515; 3,164, 2,812; 2,109 et 1,406 kg/cm2 respectivement.
La Fig. 4 indique la relation entre la quantité de dex- trose dégagée indiquée en ordonnées en mg par g de sorgho sec et la pression de cuisson indiquée en kg/cm2 au manomètre en abscisses à savoir 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 5,0 et 6,0 heures pour les divers temps de digestion auxquels correspondent les diverses courbes A, B, C, D, E, F, G et H établies à l'aide des données de la Fig. 3.
Les courbes, qui montrent que pour une pression supérieure à environ 2,812 kg/cm2 au manomètre la quantité de dextrose libérée augmente rapidement pour une durée de digestion donnée quelconque, sont établies en reportant les données des essais sur du papier bi-loga- rithmique, de façon à obtenir sensiblement des droites, puis en li- sant les valeurs pour la digestion à des intervalles de temps pré- déterminés, en vue d'établir la Fig. 4.
La Fig. 5 portant en ordonnées la quantité de dextrose en mg par g de mais et en abscisses la pression de cuisson en kg/cm2 au manomètre donne les résultats obtenus avec divers échantillons de mais. Dix échantillons sont essayés, chacun étant cuit dans la vapeur d'eau pendant 2,5 minutes sous des, pressions de 1,055; 2,109; 2,812; 3,164; 3,515; 3,867; 4,218; 4,921; 5,624 et 6,327 kg/cm2 au manomètre.
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Le diagramme est analogue à celui de la Fig. 4, les diver- j ses courbes A, B, C, D, E et F correspondant à des temps de diges- tion de 1; 2; 3; 4; 5 et 6 heures. Il convient de noter ici encore que la quantité de dextrose libérée en un intervalle de temps déter- miné augmente beaucoup lorsque la pression excède 2,812 kg/cm2 au manomètre.
Pour les essais ci-dessus sur le sorgho et le mais, on utilise une enzyme appelée diastase taka (0,05%), étant donné que c'est l'enzyme existant dans l'estomac des animaux. De même, on' choisit une température de 37,8 C pour l'essai de digestion dans un récipient en verre, étant donné que cette température est environ celle régnant dans 1'estomac des animaux.
On exécute des essais au cours desquels des échantillons de sorgho sont cuits pendant 2 minutes dans de la vapeur d'eau sous une pression de 3,515 kg/cm2 au manomètre et soumis à divers degrés d'écrasement. De façon générale, on peut établir ainsi que la quantité de dextrose libérée par unité de temps est d'autant plus grande que les flocons sont plus minces. Toutefois, cette modifica- ; tion de la quantité de dextrose libérée en 3'onction de l'épaisseur des flocons ne modifie en rien l'accroissement exceptionnel, déjà cité, de la quantité de dextroxe libérée nue à un traitement exécuté sous une pression supérieure à 2,812 kg/cm2.
En d'autres termes, pour chaque épaisseur des flocons, la quantité de dextrose dégagée est plus grande si le grain a été cuit sous une pression supérieure à 2,812 kg/cm2 que sous une pression inférieure à cette valeur.
Pour les essais que reprennent les Figs. 2 et 3, le sorgho est écrasé en flocons d'une épaisseur d'environ 0,66 mm et pour les essais de la Fig. 5, le mais est écrasé en flocons d'une épaisseur d'environ 0,38 mm. Si dans les essais sur le sorgho ou sur le mais les flo- cons sont plus minces, les courbes se déplacent vers le haut, ce qui indique que la quantité de dextrose libérée augmente. Si les flocons; sont plus épais, les courbes se déplacent vers le bas. Toutefois, l'inflexion abrupte des courbes des Figs. 4 et 5 pour des pressions supérieures à 2,812 kg/cm au manomètre subsiste...
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Dans tous les essais ci-dessus, le grain est chauffé dans le cuiseur à une température élevée correspondant de façon générale à celle de la vapeur d'eau saturée sous cette pression.
Dans chaque cas, la température à la surface du gràin quittant la valve étanche à la pression 19 est ramenée à environ 98,9 C, comme on peut le mesureren insérant un thermomètre dans la masse du grain se trouvant dans un récipient ouvert. La moyenne des températures dans la masse, mesurée à l'aide d'un calorimètre est toutefois un peu plus élevée. De façon générale, il apparait désirable d'écraser le grain presque immédiatement pour obtenir une libération efficace du dextrose par l'action ultérieure de l'enzyme.
On a découvert que le procédé pour préparer le grain suivant l'invention peut être exécuté de façon efficace par écra- sement, comme indiqué ci-dessus, mais il va de soi que l'inven- tion n'est pas limitée à un tel moyen d'écrasement. En vérité, le traitement auquel le grain chauffé est soumis se càractérise par le fait que le tissu cellulaire du grain est déformé et soumis à des contraintes tandis qu'il se trouve à l'état plastique, ce qui augmente la perméabilité des parois cellulaires. Par conséquent, des opérations autres que l'écrasement peuvent servir à la défor- mation du tissu cellulaire du grain.
Dans un autre essai, deux lots de sorgho sont cuits séparément pendant environ 2,5 minutes dans un autoclave à l'aide dé vhpeur d'eau sous une 'pression d'environ 3,726 kg/cm2 au mano- 'mètre. Un des échantillons est écrasé à l'état plastique de la façon déjà indiquée. L'échantillon est alors versé sur un plateau et séché. Le second échantillon de sorgho est passé dans un broyeur à disques qui concasse le grain et rompt sa structure.
Le broyeur comprend des disques dentés se faisant face. Dans un tel dispositif, le grain est introduit entre les disques coaxiaux en un point voisin de leur axe et se déplace jusqu'à la périphérie des disques sous l'erfet de la rotation de ceux-ci l'un par rapport'
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à l'autre. Le broyeur utilisé pour ces essais est le broyeur modèle 4-E de la Quaker City. Mill, Philadelphia, Penna.
En soumettant ces deux échantillons à l'essai de libé- ration du dextrose de la façon déjà indiquée, il apparaît qu'à tout moment de l'essai en 4 heures la quantité de dextrose libé- ' rée par le grain concassé est supérieure à celle libérée par le grain écrasé. Par conséquent, il est évident que les résultats avantageux et inattendus qu'on peut obtenir suivant l'invention peuvent être atteints lorsque le grain est écrasé, broyé, cisaillé ou traité dans un mécanisme quelconque capable de déformer et de disloquer la structure du grain tandis que celui-ci est à l'état plastique et chaud. Certains broyeurs à marteaux peuvent évidemment convenir pour une telle opération.
Il ressort de la description ci-dessus que l'invention procure un procédé efficace de traitenent du grain en vue de la fabrication d'aliments pour animaux, qui comprend un bref trai- tement sous pression élevée du grain, puis un écrasement du grain chaud encore plastique. Une particularité importante de l'inven- tion est que pour toute espèce de grain traité sous une pression excédant une certaine valeur, la dégradation des macro-molécules d'amidon est beaucoup plus rapide que celle succédant à un chauf- fage prolongé à la pression atmosphérique. En outre, l'invention a pour objet la transformation rapide d'aliments en produits faci- les à digérer par l'utilisation d'une pression supérieure à la pression atmosphérique.
Du diagramme de la Fig. 5 indiquant la quantité de dex- trose libérée du mals en fonction de la pression de cuisson, on peut déduire que lorsque cette pression passe de 1,055 à environ 2,812 kg/cm2 au manomètre, la quantité de dextrose libérée est sensiblement constante,maison déduira de la Fig. 4 que la quan- tité de dextrose libérée augmente sensiblement lorsque le sorgho est cuit sous des pressions superatmosphériques. Aucune relation évidente n'existe donc entre la libération du dextrose et la
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pression de cuisson, et l'invention sa fonde sur la découverte importante que la quantité de dextrose libérée du sorgho et du mais peut être beaucoup augmentée en élevant la pression au delà de la valeur atmosphérique au cours d'une cuisson de brève durée.
D'autre part, les diagrammes des Figs. 4 et 5 font ressortir une autre découverte importante de l'invention, à sa- voir que l'accroissement de la pression pendant la cuisson du sorgho et du mais conduit à une valeur où la quantité de dextrose libérée augmente rapidement et dans une mesure imprévisible. Dans les Figs. 4 et 5,la discontinuité dans les courbes apparait pour une pression d'environ 2,812 kg/cm2 au manomètre et l'accroisse- . ment de la quantité de dextrose libérée se poursuit jusqu'à des pression atteignant 7,030 kg/cm2 au manomètre.
L'invention a été décrite en se référant à l'acroisse- ment de la quantité de dextrose libérée du sorgho et du maïs, mais sans sortir de son cadre, on peut également recourir à cette cuisson sous pression et à cette déformation des tissus dans le cas d'autres grains tels que l'orge, le froment, l'avoine, le seigle et le riz.
On peut en effet admettre comme évident que, pour tous ces grains cités, il existe une pression de cuisson suivant l'invention accélérant la libération du dextrose.
En outre, la gamme de pression de 2,812 à 7,030 kg/cm2 au manomètre s'est révélée avantageuse pour la cuisson du mais et du sorgho au laboratoire, mais il est évident que les condi- tions d'essai réalisées ne représentent qu'approximativement les conditions de digestion dans l'estomac des animaux, Des es- sais pratiques peuvent, par exemple, indiquer que des pressions inférieures à 2,812 kg/cm2 au manomètre peuvent convenir pour augmenter la quantité de dextrose libérée dans l'estomac des ani- maux.
De même, il convient de noter que le cadre de l'invention n'est pas limité aux pressions de cuisson avantageuses déterminées
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spécifiquement en laboratoire, comme indiqué ci-dessus, et que la découverte fondamentale est l'existence, pour chaque espèce de grain, d'une pression de cuisson dont l'application suivie de l'écra- sement et d'une autre rupture du grain conduisent à une libération de dextrose beaucoup plus rapide que celle considérée possible jus- qu'à présent.
Bien que divers modes et détails de réalisation aient été décrits pour illustrer l'invention, il va de soi que celle-ci est susceptible de nombreuses variantes et modifications sans sor- tir de son cadre.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé de traitement du grain, caractérisé en ce qu'on soumet le grain d'une teneur normale en humidité à l'effet de la vapeur d'eau sous pression de façon à chauffer le grain et augmenter sa teneur en humidité à une valeur n'excédant pas 25% en poids, puis on déforme sensiblement le grain chauffé pour ' désorganiser la structure de ses tissus.
2. - Procédé de traitement du grain, caractérisé en ce qu'on soumet le grain d'une teneur normale en humidité à l'effet de la vapeur d'eau sous pression de façon à chauffer le grain et porter sa teneur en humidité à une valeur n'excédant pas 25% en poids, puis on soumet à une contrainte le grain chauffé plastique pour augmenter la perméabilité des parois cellulaires.
3. - Procédé de traitement du grain, caractérisé en ce qu'on soumet le grain d'une teneur normale en humidité à l'effet de la vapeur d'eau sous pression de façon à ramollir et chauffer le grain et porter sa teneur en humidité à une valeur n'excédant pas 25% en poids, puis on écrase le grain chauffé plastique tendre pour déformer sensiblement la structure de son tissu cellulaire.
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