<Desc/Clms Page number 1>
Produit lyophilisé et procédé pour sa préparation.
La présente invention se rapporte à de nouveaux produits lyophilisés et à un procédé et un appareil pour les préparer et plus particulièrement à une nouvelle composition sèche en particules comprenant les principes hydrosolubles des grains de café torréfié.
Le séchage des denrées périssablcsà l'état congelé est déjà connu. Toutefois on ne disposait jusqu'à présent d'aucun procédé rapide de lyophilisation.
Un facteur important qui a empêché la lyophilisation rapide est celui de l'introduction de la quantité de chaleur nécessaire pour transformer l'eau (la glace) en vapeur sans surchauffer aucune partie du produit. Si le séchage est effec- tué très lentement, le problème ne se présente pas, mais la
<Desc/Clms Page number 2>
quantité de chaleur nécessaire et la concentration de l'énergie thermique à la surface du produit en voie de séchage sont d'autant plus grandes que le procédé est exécuté plus rapidement. Si l'on avait affaire à une molécule unique du produit qu'on désire obte- nir finalement à l'état sec, entourée de molécules d'eau, ce pro- blême ne serait pas nécessairement sérieux.
Mais dons une parti- cule de dimension pratique, les parties extérieures de la parti- cule sèchent d'abord et rapprochent le front de congélation du centre. Toute la chaleur nécessaire pour sublimer la glace à l'in- térieur de la particule et amenée par la suite doit passer à tra- vers la partie séchée de plus en plus épaisse de la particule.
One caractéristique commune aux tentatives antérieures d'accé- lérer le procédé en chauffant plus rapidement est qu'elles pro- voquaient toutes un grillage ou une surchauffe des parties exté- rieures de la particule. Dans la plupart des cas, cette surchauffe provoque une détérioration évidente de la qualité du produit, mais même, lorsque ce n'est pas le cas, on obtient une particule non homogène, dont l'extérieur a été altéré par rapport à l'intérieur.
Une difficulté parmi d'autres au cours de la lyophili- sation est la nécessité de manipuler des volumes importants de vapeur. Au lieu d'un accroissement de volume d'environ 1700 pour 1, caractéristique de la transformation de l'eau à l'état liqui- de en eau à l'état de vapeur à la pression atmosphérique, aux faibles pressions utilisées dans la lyophilisation, le rapport volumétrique se situe généralement dans la région de millions ou même de centaines de millions. Les appareils de grande dimension nécessaires pour traiter ces grands volumes de vapeur représentent une mise de fond immense par rapport à la quantité de produit qu'on peut traiter.
Pour réduire au minimum les dimensions des appareils . nécessaires pour le traitement des grandes quantités de vapeur
<Desc/Clms Page number 3>
dégagées des denrées congelées traitées à des débits industriels, on a essayé déjà de porter au maximum la vitesse d'écoulement de la vapeur lors de son passage de la zone de dégagement aux pompes d'extraction. Pour un débit donné de vapeur dégagée, il est évident que la section requise du conduit est en raison inverse de la vitesse de passage de la vapeur dans le conduit. Si la vitesse de la vapeur est grande, le conduit peut être plus étroit et donc moins onéreux que si la vitesse est plus petite.
Pour ces raisons, le séchage par congélation n'a jusqu'à présent pu être mis en pratique industrielle que pour le traitement lent de matières 'coûteuses pour lesquelles les frais de traitement représentent une proportion relativement faible*du prix total.
On a découvert à présent qu'un séchage rapide et économique d'un produit contenant une forte proportion d'eau, par exemple, 50 % ou plus, peut être obtenu par le procédé de l'invention suivant lequel le produit à sécher.est d'abord congelé à l'état solide, de préférence aussi rapidement que possible, broyé ou déchiqueté à l'état congelé (si le produit n'est pas déjà sous la forme de particules distinctes) en morceaux de dimensions relativement uniformes ou particules et soumis à l'état congelé à l'action d'une zone de déshydratation dans laquelle l'eau des particules congelées est sublimée à une basse tempé- rature et à une faible pression.
On a découvert de façon surprenante, qu'on.peut au contraire de ce qui se faisait auparavant, augmenter beaucoup la production de denrées lyophilisées sans nuire à leur qualité en limitant intentionnellement la vitesse de la vapeur à une petite fraction du maximum théorique. En fait, on a découvert que la vitesse de la vapeur ne peut excéder environ 20 % de la vitesse moléculaire en moyenne arithmétique de la vapeur dans les conditions régnant dans le conduit. On a découvert, en outre,
<Desc/Clms Page number 4>
qu'aucun nouvel avantage n'est obtenu au moyen d'une vitesse de moins de 3 % de cette vitesse moléculaire et qu'il n'y a donc aucune raison d'utiliser une vitesse de moins de 3 %. La zone de déshydratation utilisée suivant l'invention se distingue par les caractéristiques suivantes :
1.
Une surface de condensation (cryoplaque) à une tem- pérature très basse est prévue au voisinage immédiatdu produit en voie de séchage, sans sérieuse restriction intermédiaire du courant de vapeur d'eau, évitant ainsi l'accumulation de molécu- les de vapeur d'eau en un point quelconque de la zone.
Le trajet de la vapeur d'eau du point où elle se dé- gage du produit qui est lyophilisé à la cryoplaque doit être tel 'qu'en aucun point la vitesse moyenne n'excède 20 % de la vitesse moléculaire en moyenne arithmétique dans les conditions du mo- ment. Il est préférable que la vitesse d'écoulement soit de plus' de 3 % de cette vitesse moléculsire, parce qu ' aucun avantage n'est obtenu en dessous de 3 %.
2. L'efficacité du procédé est démontrée par le fait que la charge dynamique moyenne de vapeur, c'est-à-dire la vi- tesse moyenne de dégagement de la vapeur d'eau par unité de sur- ..face du produit pendant le séchage est d'au moins 1,22 kg/hr-m2 pour tous les produits et peut excéder 1,95 Kg/h-m2 si le pro- duit est en fragments de moins de 4,76 mm. De plus, cette vitesse élevée est obtenue sans altération de la qualité, comme le grillage ou la prise en masse.
3. L'énergie nécessaire pour la chaleur de sublimation est de préférence amenée aux particules sous la forme d'énergie rayonnante, une proportion importante de celle-ci, avantageuse-' ment au moins 50 % et de préférence 80 % environ, ayant une lon- gueur d'onde supérieure à 2,5 microns environ. Bien que l'énergie rayonnante soit préférée, d'autres procédés servant à amener la
<Desc/Clms Page number 5>
chaleur aux particules, par exemple le chauffage par conduction, le chauffage diélectrique ou par microondes peuvent également être utilisés,
4. Les particules congelées sont agitas ou mises en vibration ou subissent une autre action qui a pour effet de mo- difier l'orientation de la surface des particules.
De cette ma- nière, chaque particule présente une portion de sa surface constam- ment remoulée pour absorber l'énergie de la source d'énergie, évitant ainsi l'apparition de régions locales surchauffées, tout en permettant cependant un taux élevé d'absorption de l'énergie.
Dans la forme continue préférée du procédé, les vibrations peuvent être également utilisées pour faire avancer les particules suivant un trajet dans l'appareil de déshydratation. Les vibrations' et l'épaisseur de la couche sont choisies pour qu 'en pratique, chaque particule soit en communication libre avec la source d'éner- gie et le condenseur. En d'autres mots, le masquage d'une particule par d'autres est évité dans une large mesure.
5. Au moins environ 20 % de la surface du trajet du produit sont refroidis extérieurement à une température inférieure à 0 C. Ce refroidissement a l'effet inattendu d'amélio- rer la qualité du produit et d'empêcher l'adhérence et l'agglomé- . ration.
6. La température des particules est maintenue suffisamment basse à tout moment, pour qu'aucune partie des particules ne puisse fondre (y compris les particules en contact avec le trajet de déplacement des particules). La fusion des particules est évitée en maintenant dans cette zone une pression suffisam- ment basse pour que l'effet de réfrigération provoqué par la . sublimation des cristaux de glace dans les particules serve à les maintenir congelées en masse.
L'invention sera bien comprise par la description dé-
<Desc/Clms Page number 6>
taillée donnée ci-après avec référence aux dessins annexés, où les mêmes chiffres sont utilisés pour désigner des parties cor- respondantes et dans lesquels t
Fig. 1 est un schéma de fabrication
Fig. 2 est une vue en élévation de face de la chambre de déshydratation, en coupe partielle pour en montrer l'intérieur; et
Fig* 3 est une vue de côté de la chambre de la Fig. 2, également en coupe partielle pour en montrer l'intérieur.
Comme on l'a représenté à la fig. 1, le produit, s'il s'agit d'un liquide, tel que du jus d'orange, du café préparé, du jus de pamplemousse, du jus de tomate, etc. peut être introduit, si la nature du produit 1-'exige, dans un appareil de pasteurisa- tion 10, où il est chauffé à la température de pasteurisation .désirée qui bien entendu peut être différente selon le produit.
-.'. On le fait passer ensuite dans le pré-refroidisseur 11 où il est refroidi presque jusqu'au point de congélation, puis dans le congélateur 12, où il est rapidement congelé, généralement à une , température de l'ordre de -9,4 C à -29 C ou inférieure, selon le produit.
Pour être utilisé dans le procédé, le produit doit se présenter sous la forme de morceaux ou de particules distincts.
,Si le produit ne se présente pas naturellement sous cette forme, ,il doit être broyé ou réduit en menus morceaux, par exemple, dans un appareil de broyage réfrigéré 13 (qui peut comprendre un ou plusieurs étages), dans des conditions qui n'augmentent pas sen- siblement sa température, et qui de préférence produisent des particules de granulométrie uniforme. Dans le cas de produit où la dimension des particules à l'état reconstitué n'a pas d'im- portance., par exemple des liquides ou des semi-solideles, comme de la pâté de café ou de tomates, la matière congelée est broyée à une granulométrie relativement fine afin d'augmenter le rapport
<Desc/Clms Page number 7>
de surface disponible pour la sublimation de la glace.
En même temps, il est préférable que les particules ne soient pas extrê- mement fines, parce quelles auraient alors tendance à être on-* traînées (et perdues) dans le courant de vapeur d'eau se diri- geant vers les condenseurs à cryoplaque. Une granulométrie sa- tisfaisante est d'environ 4,76 à 1,19 mm, ce qui est suffisam- ment fin pour permettre un séchage rapide sans entraînement in- désirable. Des matières solides telles que des airelles, du pou- let et des crevettes sont congelées puis déchiquetées ou coupées si nécessaire aux dimensions désirées pour le produit reconstitué, étant bien entendu que la durée de séchage nécessaire est d'au- tant plus longue que les particules sont plus grosses.
Dans tous les cas, si les particules ont des dimensions très différentes, on peut les taniiser et réduire encore les dimensions les plus grosses; ou bien les particules peuvent passer en différents courants à travers l'appareil; ou encore, des particules de di- mensions différentes peuvent être introduites en différents points du procédé; ou bien différents appareils peuvent être utilisés pour des particules de différentes dimensions, Ces variantes du procédé apparaîtront clairement aux spécialistes.
Les particules froides passent alors dars le sas à air 14 où tout l'air est éliminé et les particules sont main- tenues dans un vide d'environ 400 à 800 microns de mercure jus- qu'à ce qu'elles puissent être introduites dans le système de sé- chage 16. Une pompe d'évacuation (non représentée) çomprenant de préférence un condenseur à cryoplaque communique avec le sas 14 par la conduite 15. A des intervalles appropriés, la ma- tière est amenée du sas 14 dans la trémie 23 de l'appareil de séchage 16, puis et ensuite par un dispositif vibrant réglable
23a, à un débit réglé, de préférence uniforme, aux plateaux 21 placés en dessous de la trémie 23.
<Desc/Clms Page number 8>
Se référant aux figures 2 et 3, le système de séchage
16 comprend une chambre étanche 25 contenant une ou plusieurs piles de plateaux 21 Usitées de chaque côté par des cryopla- ques ou des parois froides 20. Ces cyoplaques sont maintenues à une température suffisamment basse, habituellement inférieure à -45,6 C et de préférence inférieure à -67,8 C environ, en uti- lisant de la neige carbonique, une réfrigération mécanique ou d'autres agents de réfrigération tels que les cryogènes liqui- des. Les cryoplaques servent de pompes rapides et maintiennent une basse pression en condensant la vapeur d'eau et les autres gaz condensables et en leur permettant de se congeler sur la surface froide.
Une ou plusieurs conduites 26 sont prévues, elles sont reliées à un système à vide (non représenté) capable d'abaisser la pression à l'intérieur de la chambre 25, de fa- çon rapide au début de l'opération de séchage. Lorsque le dis- positif a été mis en marche, le système d'évacuation qui débou- che en 26 n'est guère utilisé, sauf pour évacuer les gaz éven- :'. tuellement non condensables qui auraient pu s'introduire dans l'appareil.
Dans la forme représentée, chacun des plateaux 21 comprend un ou plusieurs vibreurs 30. Les vibreurs 30 ainsi que les plateaux 21 constituent le transporteur vibrant d'un type connu en soi. Un transporteur de ce type imprime aux par- ticules se déplaçant le long du transporteur un mouvement qui les fait tourner et sauter de telle sorte qu'elles n'ont qu'un contact minimum l'une avec l'autre. Les vibreurs sont de pré- férence choisis pour permettre une large gamme de réglage de la fréquence et/ou de l'amplitude, afin d'obtenir le mouve.- ment désiré des particules. Dans certains cas, lorsque l'on traite des produits relativement insensibles à la chaleur, il.
<Desc/Clms Page number 9>
est possible d'arrêter entièrement les vibrations pendant une courte période.
Normalement, cet arrêt des vibrations ne doit pas se prolonger plus de 30 à 60 secondes.
Le trajet suivi par les particulesn'est pa3 essen- tiel dans le procédé de l'invention. Les plateaux 21 peuvent être horizontaux comme on l'a représenté ou inclinés vers le haut ou vers le bas,comme nécessaire ou désirable pour utiliser le plus efficacement la zone sous vide.
Des dispositifs sont prévus pour éliminer la glace qui se dépose sur les cryoplaques 20. Ils ne sont pas repré- sentés, parce que connus en soi. Avantageusement, laglace peut être enlevée en faisant passer une matière chaude reliée aux raccords 28 à travers la cryoplaque, en chauffant ou en pliant la surface de la cryoplaque elle-même, ou par raclage mécanique. Des déflecteurs 27 sont prévus pour diriger la glace délogée des cryoplaques 20 vers un dispositif approprié, non représenté, pour la faire sortir de l'appareil.
Chaque cryoplaque 20 est, bien entendu, raccordée à une source d'agent de réfrigération. Seuls les raccords 28 sont représentés.
Le procédé de l'invention s'opère de préférence de façon continue en utilisant un certain nombre de cryoplaques individuelles;, chacune équipée de son propre dispositif pour détacher la couche de glace qui s'y accumule. Ces cryoplaques sont sélectivement dégivrées sans troubler l'équilibre du procédé, la glace tombant au fond de la chambre où elle est brisée (par exemple par les concasseurs 27a) et évacuée hors de la zone de séchage par un dispositif approprié non repré- senté, par exemple un transporteur à vis passant par les sas 27b.
La chaleur requise pour sublimer la glace dans le .
<Desc/Clms Page number 10>
produit, est de préférence introduite sous forme de chaleur rayonnante. Des plaques chauffées 24 utilisées à cette fin sont représentées aux figures 2 et ), et rayonnent la chaleur vers le bas aux particules congelées se trouvant sur le pla- teau 21, On a trouvé que la longueur d'onde de l'énergie rayon- nante est un facteur important si 1'on désire que toute l'énergie soit efficacement utilisée pour provoquer une sublimation utile de la glace, plutôt qu'un chauffage inefficient de l'appareil.
On peut arriver à ce résultat si une portion importante, avants-. geusement 50 % et de préférence au moins 80 % de l'énergie rayon- nante a une longueur d'onde supérieure à 2,5 microns. L'énergie rayonnante a une longueur d'one supérieure à 2,5 microns. L'éner- gie rayonnante de cette nature sublime efficacement la glace et, par suite de sa teneur limitée en énergie visible et ultraviolet- te, évite la décoloration du produit., un défaut sérieux dans la plupart des produits alimentaires séchés, par exemple, le jus de tomate déshydraté.
L'énergie rayonnante convenant pour l'invention est fournie en théorie par un corps noir, chauffé à une température ne dépassant pas environ 500 C. L'intensité relativement faible de l'énergie fournie par cette source exige que sa surface soit relativement importante pour rayonner une quantité suffisante d'énergie. En pratique, des sources d'énergie appropriées peu- vent comprendre des plaques de métal chauffé 24, disposées au- dessus des plateaux 21 sur lesquels se déplacent les particules les plaques 2/+ étant chauffées à l'électricité à la température .
de service requise suivant la valeur choisie pour une série de régulateurs thermiques variables correspondants 17 raccordés à une ligne d'alimentation 18., Les plaques 24 peuvent être . chauffées également par l'arrière, aU moyen de lampes à filaments chauds (par exemple en tungstène) à enveloppe de quartz ou de
<Desc/Clms Page number 11>
toute autre façon appropriée,à la température de service désirée.
On préfère dans le procédé de l'invention que l'apport -de chaleur soit calculé de manière à porter au maximum la vitesse totale d'élimination de l'eau du produit sans en affecter défavo- rablement la qualité.
On a trouvé que pour éviter la détérioration de la qualité du produit, la température du produit traité ne peut excéder une certaine température maximum,qui diffère suivant les produits. Dans le cas du café préparé déshydraté, par exem- ple, la température des particules ne peut dépasser environ 32,2 C à tout moment du traitement.
Lorsque la teneur en eau (ou en glace) du produit est relativement élevée, c'est-à-dire à l'un des premiers stades du procédé, le taux d'apport de chaleur peut être également relativement élevé sans dépasser la température maximum admissible pour le produit,parce que l'énergie introduite ne provoque que la sublimation rapide de la glace à la surface du produit sans élévation de la température qui pourrait'provoquer cette dégradation. A mesure que le séchage progresse,toutefois,et que le front de glace se rappro- che du centre de la particule, la surface n'en est plus proté- gée contre une élévation indésirable de la température par la sublimation de la glace. Le taux d'apport de chaleur admissible ne peut donc être aussi grand dans les derniers stades du pro- cédé qu'au début.
Afin d'obtenir un taux de déshydratation d'ensemble maximum, il est donc préférable de réduire la quan- . tité d'énergie introduite à mesure que le séchage progresse.
On peut y arriver avantageusement en divisant les plaques métal- liques 24 en diverses sections 24a, 24b, 24c.etc.(voir Fig. 3), chaque section ayant son réglage thermostatique indépendant analogue au réglage 17 et raccordé aux conducteurs respectifs 19,
19a, 19b etc.
Normalement, pour le travail au moyen de ces sections, la première section (c'est-à-dire 24a) doit être chauffée à la
<Desc/Clms Page number 12>
température la plus élevée déterminée par le régulateur 17 et chaque section successive doit être maintenue à une température ; moins élevée par des régulateurs analogues 17 raccordés aux conducteurs 19, 19a ou 19b, de manière à obtenir pour chaque section le taux maximum d'apport de chaleur compatible avec l'absence d'altération indésirable du produit.
Des dispositifs de refroidissement 29,avantageusement sous la forme de conduites ou de serpentins noyés dans la face inférieure des plateaux 21 ou attachés à ces plateaux,sont de préférence prévus pour refroidir les plateaux en cas de néces- site,de façon que les particules congelées ne fondent pas et ne puissent s'agglomérer ou adhérer aux plateaux 21. On a décou; vert qu'il est essentiel pour tous les produits de refroidir ,au moins une partie de la surface sur laquelle le produit subis- sant la lyophilisation circule. Dans certains cas, il est géné- ralement désirable ou nécessaire de refroidir l'ensemble de la surface.
Le refroidissement des surfaces de cette façon con- duit à des produits de qualité supérieure. La raison exacte '; de cette amélioration de qualité n'est pas connue,mais on est porté à croire que les surfaces refroidies empêchent le durcis- sement de la surface du produit,rendant sinon la poursuite du séchage difficile par la formation d'un écran à travers lequel la vapeur d'eau doit diffuser. Pour forcer la vapeur d'eau à traverser cet écran, des températures plus élevées que celles désirées sont nécessaires à l'intérieur du produit subis- sant la lyophilisation, ce qui en altère défavorablement la qualité.
On a découvert qu'au moins 20% de la surface parcourue par le produit doivent être refroidis à une température non supérieure à environ 0 C, indépendamment de la nature du produit traité. Par exemple, dans le cas du café et du thé préparés, il est avantageux de refroidir au moins environ 50% de la surface
<Desc/Clms Page number 13>
.du plateau à une température de -6,6 à -37,2 C,alors que dans d'autres cas, par exemple pour le jus d'orange et les purées de tomates, il peut être nécessaire de refroidir l'ensemble du trajet pour empêcher l'adhérence du produit et une détérioration de la qualité du produit.
Le refroidissement des plateaux peut être obtenu de toute façon appropriée, par exemple au moyen d'un agent réfri- gérant qui circule dans chaque conduit de refroidissement 29 que représente la Fig. 2, les connexions n'étant pas précisées dans le dessin.
La forme et l'emplacement spécifiques des cryoplaques dépendent, dans chaque cas, du parcours prévu. Toutefois, il est nécessaire pour bénéficier de l'efficacité que peut avoir le procédé de séchage de l'invention, que la conductance du système soit telle que la vitesse maximum d'écoulement de la vapeur d'eau dégagée n'excède jamais environ 20,o de la vitesse moléculaire en moyenne arithmétique dans les conditions existant dans le système.
Aux fins de l'invention, la"vitesse d'écoulement "est la vitesse moyenne à laquelle les molécules de vapeur d'eau traversent . une section unitaire perpendiculaire au sens d'écoulement,comme on peut le calculer à partir de la vitesse mesurée à laquelle la vapeur d'eau est effectivement éliminée de la zone où elle se dégage.
La "vitesse d'écoulement" peut être calculée au moyen de l'équation:
EMI13.1
où A est la section à travers laquelle l'écoulement a lieu (en mètres carrés), W est le débit massique de vapeur d'eau (en kilogrammes par seconde) et # est la densité de la vapeur. d'eau dans les conditions de température et de pression
<Desc/Clms Page number 14>
utilisées (kilogrammes par mètre cube). Lorsque les variables sont données dans ces unités, l'équation donne la vitesse en mètres - par seconde.
La vitesse d'écoulement calculée en tout point du système au moyen de l'équation ci-dessus doit être inférieure à environ 20% de la vitesse moléculaire en moyenne arithmétique. Cette "vitesse molé-
EMI14.1
çulaire en moyenne ari thmdtique t'es t, aux fins de l'invent1on,la vitesse maximum théorique d'une vapeur s'écoulant et est fonction uniquement du poids moléculaire de la vapeur et de la température absolue. Pour tout gaz, la vitesse moléculaire en moyenne arithmétique est donnée par l'équation;:
T \ 1/2
EMI14.2
Va 1/+5,0 - (mètres/seconde) ' "1. 1>1 où M est le poids moléculaire du gaz et T la température absolue (en K).
Lorsque la vapeur considérée est l'eau, comme dans le cas de la lyophilisation, la vitesse moléculaire en moyenne arithmétique est donnée par l'équation:
Va = 34,1 T 1/2 (mètres/seconde)
La pression absolue,qui doit être maintenue dans la zone de séchage,dépend principalement du point de congélation du produit. Les produits ayant des teneurs relativement éle- vées en sucre (par exemple les jus de fruits) et, par conséquent, des points de congélation bas,exigent des pressions plus basses que d'autres produits présentant des points de congélation plus élevés.
En général, toutefois, une pression inférieure . à environ 300 microns (Hg) est nécessaire et une pression d'en- viron 50 à 100 microns convient pour la plupart des produits,
A mesure que le produit en voie de séchage avance sur les plateaux 21, il progresse suivant le trajet indiqué par les flèches sur la Fig. 3.
<Desc/Clms Page number 15>
Pour illustrer l'invention, on a déshydraté un certain nombre de produits alimentaires dans un appareil pilote, L'instal- lation dressai comprend un récipient à vide d'environ 1,83 m de longueur de 0,61 m de largeur, et 0,92 m de hauteur, équipé d'une pompe à vide mécanique capable de faire le vide dans la chambre jusqu'à une pression totale de 7 microns environ en 10 minutes.
. La chambre est équipée de cryoplaques sur ses longs cotés oppo- sés, les cryoplaques ayant une surface de condensation effective . totale d'environ 2,24 m2. Ces cryoplaques sont refroidies à des températures d'environ -73,3 C par un système de circulation de saumure froide. Le trajet du produit a une surface d'environ 1,21 m2 et est constitué par environ 6,1 m de plateaux d'environ 20,3 cm de large, équipés de serpentins de refroidissement et ' montés sur des vibreurs transporteurs classiques qui permettent , un mouvement uniforme vers l'avant et l'agitation du produit sur le trajet de 6,1 m.
Des appareils de chauffage à infrarouge gai- nés de quartz enfermés dans des gaines en acier inoxydable plates d'environ 15,2 cm de large sont montés parallèlement aux plateaux sur la longueur du trajet avec un écartement suffisante d'environ
7 cm au-dessus des plateaux pour assurer la conductance et l'écou- ' lement lent nécessaires de la vapeur d'eau. Les appareils de chaut-, fage sont groupés en 12 zones de chauffage individuelles de dimen- sions approximativement égales, dont chacune peut être réglée ' indépendamment.
Les appareils de chauffage à infrarouge sont uti- lisés pour chauffer les gaines d'acier inoxydable à la températu- re désirée, tandis que les gaines, chauffées à leur tour, rayon- nent à nouveau de l'énergie de la longueur d'onde voulue vers le produit à sécher.
Les résultats sont résumés dans le tableau suivant, qui indique le traitement des différents produits alimentaires. Le programme de chauffe de chaque zone de chauffage 12 est donné de même que le temps nécessaire pour amener le produit à une
<Desc/Clms Page number 16>
.teneur en humidité d'environ 5 % ou moins, sauf dans Vessai X-9, .. Les températures données pour la zone de chauffage sont celles des gaines en acier inoxydable.
Dans chaque cas, la vitesse d'écoulement est calculée pour le premier quart du système où environ 75 % du total de -'l'eau s'éliminent du produit et où la vitesse de dégagement de la vapeur et sa vitesse d'écoulement sont maximales. La sec- tion offerte à l'écoulement est d'environ 0,333 m2. La vitesse moléculaire en moyenne arithmétique a une valeur calculée non 'inférieure à environ 518 m/sec, Dans l'essai X-9 la vitesse d'écoulement excède 20 % de la vitesse moléculaire un moyenne arithmétique dans les conditions locales. Dans cet essai, la teneur en humidité à la valeur non satisfaisante de 12 % après 48 minutes.
Il convient de comparer cette valeur médiocre à. celle obtenue dans l'essai X-10 où la teneur en humidité est de 1,8 % après 36 minutes seulement.
<Desc/Clms Page number 17>
EMI17.1
chambre plaque teau Uu..L""" .."" Essai % (Microns Temp. Temp. - fi po'lds nez N . Solides Hg) C. .(.
C.) ¯¯¯±Î ¯¯¯¯
EMI17.2
<tb> X-40 <SEP> Extrait <SEP> 27,1 <SEP> 250 <SEP> -51,1 <SEP> -278 <SEP> 84,0 <SEP> 3,4 <SEP> - <SEP> 1,2
<tb> de <SEP> café <SEP> 16,0 <SEP> - <SEP> 1,2 <SEP>
<tb> X-35 <SEP> Extrait <SEP> 41,2 <SEP> 74 <SEP> -73,3 <SEP> -28,3 <SEP> 84,0 <SEP> 3,4 <SEP> - <SEP> 1,2de <SEP> thé <SEP> 16,0 <SEP> - <SEP> 1,2 <SEP>
<tb> X-34 <SEP> Extrait <SEP> 42,7 <SEP> 48 <SEP> -73,4 <SEP> -27,8 <SEP> 84,0 <SEP> 3,4 <SEP> - <SEP> 1,2
<tb> de <SEP> thé <SEP> 16,0 <SEP> - <SEP> 1,2
<tb> X-46 <SEP> Pâte <SEP> de <SEP> 25,0 <SEP> 115 <SEP> -73,4 <SEP> -28,3 <SEP> 2,0 <SEP> + <SEP> 4,8
<tb> tomates <SEP> 65,0 <SEP> 3,4 <SEP> - <SEP> 1,2
<tb> 33,0 <SEP> - <SEP> 1,2 <SEP>
<tb> X-144 <SEP> Soupe <SEP> aux <SEP> 16,75 <SEP> 170 <SEP> -65,0 <SEP> -37,2 <SEP> 2,0 <SEP> + <SEP> 4,8
<tb> tomates <SEP> 65,0 <SEP> 3,4 <SEP> 1,2
<tb> 33,0 <SEP> - <SEP> 1,
2 <SEP>
<tb> X-65 <SEP> Boeuf <SEP> 25,3 <SEP> 150 <SEP> -51,1 <SEP> -23,3 <SEP> rond <SEP> 4,8 <SEP> mm
<tb> X-120 <SEP> Jambon <SEP> 40,0 <SEP> 150 <SEP> -51,1 <SEP> -17,8 <SEP> 0,62 <SEP> cm, <SEP> dés <SEP>
<tb> en <SEP> dés
<tb> X-145 <SEP> Jus <SEP> de <SEP> 6,5 <SEP> 150 <SEP> -65,0 <SEP> -37,2 <SEP> 3,4 <SEP> - <SEP> 1,2
<tb> tomates
<tb> X-149 <SEP> Crème <SEP> de <SEP> 10,0 <SEP> 295 <SEP> -51,1 <SEP> -23,3 <SEP> 3,4 <SEP> - <SEP> 1,2
<tb> poulet
<tb> X-9 <SEP> Extrait <SEP> 27,0 <SEP> 55 <SEP> -73,5 <SEP> -29,0 <SEP> 70,8 <SEP> 3,4 <SEP> - <SEP> 1,2
<tb> de <SEP> café <SEP> 29,2 <SEP> - <SEP> 1,2 <SEP>
<tb>
<Desc/Clms Page number 18>
EMI18.1
1 . Zones de chauffage ' - 1, - . :i.'¯ ;:.t,;; l; , 1 M".' -e
EMI18.2
N 1 N 2 E2.
N" 4 ? 5 N 6 Ivo 7 K- 8 N9 N 10 lù il NO 12
EMI18.3
<tb> 293 <SEP> 324 <SEP> 329 <SEP> 293 <SEP> 271 <SEP> 254 <SEP> 238 <SEP> 232 <SEP> 232 <SEP> 166 <SEP> 166 <SEP> 199
<tb> 340 <SEP> 262 <SEP> 268 <SEP> 232 <SEP> 204 <SEP> 190 <SEP> 176 <SEP> 190 <SEP> 194 <SEP> 216 <SEP> 143 <SEP> 160
<tb> 329 <SEP> 257 <SEP> 254 <SEP> 232 <SEP> 207 <SEP> 190 <SEP> 185 <SEP> 202 <SEP> 260 <SEP> 163 <SEP> 154 <SEP> 218
<tb> 332 <SEP> 282 <SEP> 249 <SEP> 237 <SEP> 221 <SEP> 216 <SEP> 207 <SEP> 207 <SEP> 216 <SEP> 176 <SEP> 216 <SEP> 204
<tb> 274 <SEP> 265 <SEP> 254 <SEP> 260 <SEP> 260 <SEP> 232 <SEP> 216 <SEP> 216 <SEP> 288 <SEP> 254 <SEP> 232 <SEP> 210
<tb> 276 <SEP> 254 <SEP> 241 <SEP> 241 <SEP> 221 <SEP> 210 <SEP> 210 <SEP> 190 <SEP> 235 <SEP> 210 <SEP> 194 <SEP> 182
<tb> 293 <SEP> 254 <SEP> 229 <SEP> 232 <SEP> 213 <SEP> 216 <SEP> 216 <SEP> 216 <SEP> 216 <SEP> 199 <SEP> 179 <SEP>
157
<tb> 293 <SEP> 282 <SEP> 237 <SEP> 248 <SEP> 243 <SEP> 227 <SEP> 232 <SEP> 237 <SEP> 293 <SEP> 243 <SEP> 213 <SEP> 196
<tb> 293 <SEP> 282 <SEP> 232 <SEP> 248 <SEP> 248 <SEP> 237 <SEP> 237 <SEP> 204 <SEP> 260- <SEP> 210 <SEP> 185 <SEP> 179
<tb> 360 <SEP> 271 <SEP> 271 <SEP> 241 <SEP> 227 <SEP> 216 <SEP> 182 <SEP> 182 <SEP> 182 <SEP> 168 <SEP> 171 <SEP> 166
<tb>
<Desc/Clms Page number 19>
EMI19.1
<tb> de <SEP> Humidité <SEP> du <SEP> plateau <SEP> d'eau <SEP> Vitesse <SEP> en <SEP> moyenne
<tb> séchage <SEP> Humidité <SEP> du <SEP> plateau <SEP> d'eau <SEP> d'écoulement <SEP> en <SEP> moyenne
<tb>
EMI19.2
(Min.) (% H20) ., (1g/hr.m. (kg./hr..m.2) (M./sec.) M./sec.
EMI19.3
<tb>
36,0 <SEP> 1,8 <SEP> 3,12 <SEP> 2,28 <SEP> 21 <SEP> 527
<tb> 43,0 <SEP> 5,0 <SEP> 3,26 <SEP> 1,92 <SEP> 60 <SEP> 518
<tb> 50,0 <SEP> 2,3 <SEP> 2,63 <SEP> 1,53 <SEP> 75 <SEP> 518
<tb> 39,0 <SEP> 2,3 <SEP> . <SEP> 2,63 <SEP> 1,97 <SEP> 39 <SEP> 521
<tb> 47,0 <SEP> 3,0 <SEP> 2,48 <SEP> 2,06 <SEP> 28 <SEP> 525
<tb> 69,0 <SEP> 2,8 <SEP> 2,97 <SEP> 2,22 <SEP> 30 <SEP> 525
<tb> 98,5 <SEP> 2,3 <SEP> 2,00 <SEP> 1,20 <SEP> 18 <SEP> 525
<tb> 51,0 <SEP> 2,0 <SEP> 1,925 <SEP> 1,80 <SEP> 27 <SEP> 525
<tb> 58,5 <SEP> 2,0 <SEP> 2,26 <SEP> 2,03 <SEP> 16 <SEP> 530
<tb> 48,0 <SEP> 12,0 <SEP> 3,60 <SEP> 2,
65 <SEP> 108 <SEP> 518
<tb> @ <SEP> Caclulé <SEP> à <SEP> la <SEP> température <SEP> à <SEP> laquelle <SEP> la <SEP> tension <SEP> de <SEP> la <SEP> glace <SEP> est <SEP> égale <SEP> à <SEP> la <SEP> pression
<tb> dans <SEP> la <SEP> chambre
<tb>
<Desc/Clms Page number 20>
On notera dans le tableau ci-dessus qu'en général, les ¯, ¯ programmes de chauffe comprennent une température Maximum dans la ¯/ première zone de chauffage et une réduction graduelle de la tempe- rature jusqu'à un minimum dans la dernière zone. Dans la plupart des cas, le programme comprend une zone qui fonctionne à une tem- pérature plus basse que lez zones amont et avale Ce n'est pas une . caractéristique nécessaire du procédé, mais plutôt une technique de travail pratique avec l'appareil particulier utilisé.
Ces zones isolées à température relativement basse,, sont utilisées pour don-' ner au produit qui avait été assez fortement chauffé immédiate- ment avant, l'occasion de refroidir légèrement avant d'être soumis à un nouveau chauffage, Le fait que ce procédé soit utile ou non dans d'autres installations dépend du module et de la con- struction de ces installations.
Le procédé de l'invention permet de sécher pratiquement toute denrée d'une granulométrie de 4,8 mm ou moins jusqu'à une teneur en humidité de 4 % ou moins en environ 90 minutes ou moins,
Certains produits, comme l'extrait de café à 40 % de solides au maximum peuvent être amenés à une humidité de moins de 4 % en 30 minutes ou moins pour une charge dynamique d'eau d'au moins environ 2,93 kg/hr. m2 sans dégradation de qualité.
Gràce à ce séchage rapide, ainsi qu'à l'uniformité du séchage obtenu tout en évitant la surchauffe, les produits obtenus se reconstituent très rapidement par addition d'eau et ont un goût et une qualité générale entièrement différents et supérieurs à ceux des produits lyophilisés de type comparable. Le produit n'est pas stratifié comme dans le cas où le séchage ne s'effectue qu'à partir d'une ou de deux surfaces, c'est-à-dire lorsqu'il est séché en feuilles comme dans le brevet américain n 2.853.796. Ces produits subissent un retrait dans un plan et un allongement dans les deux autres plans.
Le retrait se produit de l'avant à l'arriére et le produit est maintenu transversalement et longitudinalement et
<Desc/Clms Page number 21>
tombe en miettes en détruisant la feuille ou est déformé,
Il s'est avéré que le procédé de l'invention produit un café 16 instantané sec en grains possédant une combinaison de propriétés qu'on n'a pu obtenir jusque présent dans un pro- duit de ce type. Le café sec est ainsi obtenu sous une forme qui ressemble au café moulu, c'est-à-dire des particules rela- tivement grosses ayant une nature poreuse et friable.
Chose plus significative le produit reconstitué de la façon habituelles a ..un goût et un arôme qui reproduisent plus fidèlement qu'on n'avait pu le faire jusqu'à présent les caractéristiques de l'extrait . de café ayant servi à préparer le produit sec.
Le produit de café déshydraté de l'invention est ca- ractérisé par une teneur en eau généralement inférieure à 3 %, . et une surface spécifique d'au moins 7 m2/g. On a trouvé que , la surface spécifique du café de l'invention est une caractéri- stique importante qui distingue ce produit d'autres cafés instan- tanés déjà préparés. Bien que les raisons spécifiques de la supé- riorité des produits de l'invention ne soient pas exactement con- , nues, le produit à surface spécifique élevée possède un arôme su- périeur.
Dans n'importe quel procédé où l'on réduit à l'état sec un extrait de café liquide contenant une proportion élevée, par exemple 50 à 80 % d'eau ou davantage, l'élimination de l'eau, est provoquée par un apport de chaleur pour vaporiser l'eau.
On sait que les ingrédients constituant l'arôme du café contien. nent de nombreux composés organiques tels que des esters, aldé- hydes et cétones dont certains ont des points d'ébullition inférieurs à celui de l'eau. On peut donc s'attendre à ce que n'im- porte quel traitement du café aboutissant à l'élimination de l'eau, élimine nécessairement une grande partie ou la plupart de ces ingrédients constituant l'arôme.
Ce fait semblait vrai puisque la plupart des produits secs de café qu'on pouvait obtenir
<Desc/Clms Page number 22>
. jusque présenta ne reproduisaient pas exactement les caractéristiques de l'arôme des extraits de café ayant servi à leur préparation.' La surface spécifique plus importante du produit de l'invention .fournit beaucoup plus d'occasions d'adsorption de ces ingré- dients de l'arôme à la surface des particules. Les ingrédients de l'arôme sont sélectivement absorbés sur les surfaces, de préféren- ; ce à l'eau contenue dans le produit. Par conséquent, le produit contient encore la plupart des ingrédients de l'arôme qu'il renfermait initialement, même si la plus grande partie de l'eau a été éliminée.
Afin de montrer la surface spécifique relativement grande que possède le café déshydraté de l'invention, on a effectué des mesures de surface spécifique sur un certain nombre de produits connus, pour la comparaison avec le produit de l'invention. Dans , ces essais, les mesures ont été exécutées sur des compositions de café sèches préparées de la façon suivante : A. Un extrait de café contenant 20 % de matières solides est congelé pour obtenir une feuille solide qui est ensuite séchée sous une cloche à vide à une pression d'environ 20 microns pendant environ 12 à 13 heures.
La feuile ainsi séchée est divisée en particules pour l'essai.
B. Le ,même extrait utilisé pour le produit A ci-dessus est congelé et broyé à l'état congelé, à une granulo- métrie denviron 2,4 à 0,84 mm puis séché sous une- cloche à vide sous une pression d'environ 20 microns pendant 12 à 13 heures.
C. Ce produit est un café instantané séché par pulvérisation, existant dans le commerce et typique des produits de ce genre vendus au public.
D. Echantillon du produit de l'invention, un extrait de café contenant environ 20 % de matières solides et
<Desc/Clms Page number 23>
séché de façon continue suivant le procédé de l'invention. Les conditions utilisées dans le pro- cédé sont approximativement celles de l'essai 1 du tableau ci-dessus.
La surface spécifique de chacun des produits ci-dessus
EMI23.1
est mesurée en utilisant le procédé B.F.T. (voir "ScientifJcFounda- tions of Vacuum Technique" par Saul Dushman, John Wiley & Sons, Inc., 1962, pages 395-400) avec les résultats suivants :
EMI23.2
<tb>
<tb> Produit <SEP> Surface <SEP> spécifique
<tb>
EMI23.3
¯¯¯ ¯¯¯ m2/s¯¯¯¯¯¯¯¯
EMI23.4
<tb>
<tb> A <SEP> 1,4
<tb> B <SEP> 3,15
<tb> C <SEP> 2,55
<tb> D <SEP> 7,50
<tb>
Il ressort des chiffres ci-dessus que le produit de l'invention a une surface spécifique qui est plus du double de celle des autres ,produits. En outre, reconstitué à l'aide d'eau chaude de la façon habituelle, le produit de l'invention possède à. un degré notable- ment plus élevé le goût typique de café fraîchement préparé sans le moindre goût de brûlé et sans goût étranger.
L'arôme de la boisson est également nettement plus proche de celui de café irai- chement préparé que les arômes des autres produits. ;
L'aspect du produit de l'invention constitue également une caractéristique nouvelle. Le produit comprend des particules ayant, en général, les dimensions et approximativement la couleur de grains de café torréfiés, moulus pour percolateur. Dans une formel préférée, au moins 50 % en poids du produit sont constitués de par-! ticules ayant une granulométrie de 4,8 à -1,2 mm environ.
Les particules du produit sont poreuses et cellulaires à l'intérieur ce qui les rend très légères et facilement solubles dans l'eau chaude. Bien que friables, ces particules sont relati- vement solides comparées à celles des produits A et B ci-dessus
<Desc/Clms Page number 24>
et ne se réduisent pas aussi facilement en poudre sous la pression,
Par conséquent, le produit de l'invention peut être manipulé et expédié pour la vente sans que les particules ne se divisent. Pour cette raison, il est plus facile de mesurer des quantités uni- formes du produit, par exemple à 3'aide d'une cuillère à café que dans le cas d'un produit qui se présente sous la forme d'un mélange de particules relativement grossières et d'une poudre fine produite par usure des particules au cours des manipulations' et du transport.
La description détaillée donnée ci-dessus a été donnée uniquement pour expliquer l'invention et celle-ci n'est pas li- mitée aux détails particuliers fournis.