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"Procédé de déshydratation d'extrait de café par congélation"
La présente invention se rapporte à la déshydratation, par congélation, d'une substance liquide comestible, en particu- lier extrait de café.
L'expression "déshydratation par congélation- telle qu'elle est utilisée dans le présent texte, désigne la sublima- tion de l'eau contenue dans l'extrait de café ou autre substance comestible à l'état congelé, en vue de produire un extrait sec soluble.-
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Afin de produire un café de couleur brun foncé, on emploie un extrait à faible contenu en solides, lequel est con-
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gelé à vite3e.su±fisBmnent faible afin d'obtenir une réparti- tiOn.d4-sordonnée de cristaux de glace en forme de dendrites, ces, cristaux de glace dendritiques étant caractérisés par des tiges principales non parallèles des branches moins importantes gui partent desdites tiges principales,
et une absence de cris- taux de glace séparés- de forme non dendritique dans-le mélange
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eutectique se- trouvant 'entre les cristaux desdritiques* ---±±n-général-+ il est connu que la congélation rapide favorise la présenc¯dtune répartition comportant un grand nombre -de--cris-t-aux de-glace de petites dimensions, tandis que la congélation lente produit un nombre plus faible de cristaux de glace -de dimensions plus 'grandes. -rua-c-onS=4!ation telle qu'on l'effectuera selon l'invention quand on désire obtenir une cou- - leur--brun fescé- devra it-se faire à une vitesse propre à éviter le plus possible-lcc2usion ou 1.entaîneent de cristaux de glace dans le mélange eutectique.
Plus précisément, la présente invention se propose d'obtenir une couleur plus foncée,- plus voisine de celle du.café
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normal pour le café déshydraté par congé1ation.. J.. cet effet, elle--met en oeuvre un procédé qui cosporte le refroidissement lent .de l'extrait de café de¯ son "point de congélation" jusqu'en dessous de son point'eutectique de manière à former ainsi une structure cristalline de glace correspondant à une eau sensible- ment, pure-,-répartie dans une matrice correspondant à-un mélange eutectique d'eau, d'extraits solides de café et d'arômes et-la , déshydratation par congélation de cet extrait refroidi.
Le 'point de congélation" est la température à la- quelle l'eau contenue dans un extrait de café torréfié commence 3. se cristalliser sous la---forme de glace correspondant à une eau sensiblement pure.
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Le "point eutectique" est la température de solid-ifi-
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cation d'un mélange spécifique d'extraits solides de café, d'a- rômes volatileset d'eau ayant un point de fusion plus bas que
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celui de tout autre mélange contenu dat3,l'extrait. En fait, cett. epérawure eutectique est le point de fusion le plus bas possible d'une matière quelconque contenue dans 14ex-rait.
,-asppct de l'ien:tion comprend¯aussi la partie du procédé de séchage dans laquelle tous les cristaux de glace correspondant à l'eau ont été sublimés et au cours de laquelle un mélange eu-
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tactique d'extraits solides de ca.fé1j -de substances a1021atigue5 et-d'eau est séché jusqu*à un degré h- ;gromAtrique stable.
Dans -. cette partie du procédé de déshydratation par congélation, il
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esz possible qu'une certaine évaporation d'eau à l'état liquide=:: se produise sans fusion appréciable de l'extrait congelé. Toute- fois, même à cette étape de la déshydratation, la température du produit devra être maintenue en dessous du point eutecique de la substance en cours de déshydratation', afin d'éviter la fusion
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d'une partie qae3co= 'e- i ' ex :ra t congelé de café.
Lorsque l'extrait de café est refroidi lentement, on s'aperçoit que l'eau se cristallise tout d'abord sous la forme de cristaux séparés lorsque la température de l'extrait atteint le point de congélation. Le refroidissement se poursui- vant, ces cristaux croissent en lames de glace épaisses au fur et à mesure que l'eau continue à être précipitée de l'extrait, et la partie liquide de l'extrait est progressivement concentrée en un mélange eutectique concentré d'eau, d'extraits solides
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de café et de substances aromatiques. La te#pérature continuant à baisser, on atteint un point où la totalité de l'eau qui ne
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fait pab partie de la composition eutsctisue se trouve congelée.
Lorsqu'on dépasse ce point, le liquide eutectique se solidifie
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lors du refroidissement ultérieur. 5a fait qu'au fur et -a-mesure de l'abaissement de la température de l'extrait, -une quantité de plus en plus grande d'eau se cristallise à partir de la matrice liquide jusqu'à ce qu'on atteigne une concentration en solides
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dans laquelle 11 ne reste plus qu'un mélange eutectique, ce mélange congèle à la température de congélation la plus basse du système, sans séparation ultérieure de cristaux de glace.
Lorsqu'on refroidit lentement l'extrait, il est pré- férable que l'élimination soit uniforme au cours de toute l'opé- ration de congélation, du fait que ceci assure l'obtention d'une croissance uniforme des cristaux de glace dans toute la masse de l'extrait.
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Une température de congélation ambiante appropriée à la congélation lente d'une tablette d'extrait de café ayant une dimension de 101,6 x 30,5 x 1,27 cm et donnant un produit à 1,7 C lorsqu'on la place dans une chambre de réfrigération, sera
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comprise entre coins 340C et Eoins 40 C. La congélation complète de l'extrait sera obtenue en une période d'environ 120 - 150 minutes, la formation de cristaux de glace prenant 100 minutes.
Lorsqu'on effectue une congélation lente avec une évacuation de chaleur sensiblement uniforme, il se forme une structure non ordonnée de cristaux de glace dendritiques lorsque la dissipation
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de chaleur est comprise entre O,5 et 3,5 calor4es/gram.--e/minute.
Quand on désire obtenir une densité globale moyenne dans le produit final qui soit 'voisine' de la densité' globale
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. 8C'ic'..sx3 '4':0...'^3-.. t,.'Q..- a3 rc' -le café sduble déshydraté par 33ß&:,.B3ë (o,16 à bzz rt. t:3r cube) tout en ayant l'aspect de café grillé et moulu, on a--rr3a qu'il était préférable de congeler des particules zrzoexsiéàôs d'extrait sec de café ayant un contenu en solides solu"-,l-es -4n'ézteur à 30% et de préférence compris entre 20 et 27 %.
¯ Le masse congelée d'une particule de café peut être séchée dans un lit agité ou un lit statique.
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u--qu zr prsse effectuer la déshydratation par con- gélation dans 1'.Iatmosphère -ou sous vide, il est préférable, afin d'obtenir des vitesses de sublimation élevées et, en même temps,
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de réduire la perte d'arômes volatiles, d'utiliser une technique de déshydratation par congélation s'effectuant-sous un vide infé- rieur à 500 mm de mercure et, de préférence, compris entre 100 et 250 mm de mercure, pour sublimer l'eau à partir de l'extrait de café à l'état congelé.
La température de sublimation doit être inférieure au point eutectique du café (moins 23 C) et la tempé- rature des parties séchées doit être maintenue inférieure à 39 C pour éviter la perte de substances volatiles et la dégradation du produit final.
.Dans la préparation d'extrait-de café congelé en vue de la déshydratation par-congélation, le café congelé sur des plateaux peut être broyé et tamisé de façon à obtenir des parti- cules. On rejette les particules de diamètre correspondant à des ouvertures de mailles du tamis inférieures à 0,177 mm.
La fraction indésirable des particules de café conge- lé, c'est-à-dire les particules de diamètre correspondant à des ouvertures de mailles du tamis de moins de 0,177 mm. ou deux, de moins de 0,42 mm. est avantageusement séparée par tamisage de la masse granulée et totalement ou partiellement recyclée dans l'extrait liquide de café, afin de déclencher une formation contrôlée de cristaux de glace (amorçage par germes)dans l'extrait.
Ceci est, obtenu par introduction de perses dans l'extrait, après son refroidissement à température inférieure à son point de conélation qui,- dans le cas d'un extrait à 27 %, est inférieure à moins 2,2 C. La vitesse de congélation-est, bien entendu, contrôlée suivant la concentration de l'extrait en solides solubles, l'extrait le plus concentré exigeant un séchage moins lent. On erpêche, par l'opération d'introduction de germes, la surfusion de l'extrait et sa nucléation spontanée due à la surfusion.
On peut donc voir que, dans la déshydratation par congélation d'un liquide comestible, par exemple une solution de café, la solution est étalée sur une courroie ou sur un plateau pour être maintenue dans la forme désirée d'une couche mince
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au cours de l'opération de congélation, pendant laquelle la cha- leur est évacuée par le plateau ou la courroie, ceux-ci étant refroidis bien au-dessous de la température eutectique de la solution. La solution congelée est enlevée de la courroie ou du plateau, puis réduite en particules et déshydratée sous vide.
Dans de nombreuses opérations de déshydratation par congélation, la solution congelée colle ou adhère à la surface du plateau ou de la courroie, ce qui pose.un problème de sépara- tion. En outrer, la congélation de la couche de solution sur le plateau ou la courroie n'est-pas uniforme suivant l'épaisseur de cette couche.
Ceci résulte du gradient de température élevé dans lequel, dans un appareillage classique, la couche voisine de la surface métallique de la courroie ou du plateau peut se trouver à-moins 42 C tandis que la surface de la couche de so- lution se trouve à 1,6 C. Cette différence de température au sein-de la couche engendre la formation d'un produit non unifor- me, ce qui peut donner des différences de couleur de densité, de-texture ou d'aspect après la reconstitution.
En outre, lorsqu'on déshydrate une couche-d'extrait de café ou analogue. la vitesse de déshydratation diminue au fur et à mesure que la déshydratation se poursuit. Ceci résulte du¯ ¯ fait que, au fur et à césure que la substamce se déshydrate, elle engendre la formation d'une couche de salière sèche dont l'épaisseur croît: Cette couche sèche offre 'une certaine r4sis-. tance au passage de la vapeur provenant de la salière non déshydratée sous jacente, si bien que la pression de vapeur et la température dans la phase interne croissent toutes deux.
La présente invention se propose d'obtenir un mélange sous forme d'une 'boue. d'une solution de café ou analogue conte- nant des cristaux de glace et qui doit être déshydratée par con- gélation. Les-cristaux de glace se subliment plus rapidement, ce qui laisse les voies de passage largement ouvertes dans la couche de matière déshydratée, voies à travérs lesquelles la
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vapeur peut passer. Dans la déshydratation d'une solution de ------ café par congélation, les cristaux de glace peuvent être.ajoutés à l'extrait de café après que leur croissance a été effectuée en un autre endroit.
Les cristaux de glace peuvent ainsi croî- tre dans la solution de café contenue dans un cristallisoir, ou encore dans la solution de café contenue dans un plateau refroi- di lentement, comme on l'a indiqué ci-dessus.
L'invention diminue également l'adhérence après congélation d'une couche de soluté vis-à-vis d'une plaque ou d'une courroie métallique sur lesquelles on a effectué la congé- lation de la solution.
L'invention sera mieux comprise au moyen de la des- criptiopn ci-après :
Au dessin annexé : la figure 1 est une coupe verticale à travers la par- tie de l'appareil de par congélation utilisé pour le séchage d'un liquide comestible en conformité avec l'inventif la figure 2 est une coupe verticale d'un plateau sur lequel est formée, en vue de sa congélation, une couche de liqui- de comestible;
la figure est un disgracie température-solubilité d'une solution de café,
Comme le montre la figure 1, on introduit une solution comestible par exemple une solution-de café qui doit être déshy- - tracée par dans un cristallisoir tubulaire 10, à travers une canalisation 11. Un scieur approprié 12 entraîne l'arbre 13 de façon à faire osciller des palettes d'agitation 14 à l'intérieur du fuse 15. Le réfrigérant pénètre dans la coquil-- - le 16 à travers la canalisation 17 et est évacué par la canalisa- tion 18.
La boue, constituée par les cristaux de glace et la solution concentrée de café, qui se forme dans le cristallisoir
10, est évacuée par la canalisation 19 pour former une couche 20 à l'intérieur du plateau 21. Celui-ci est refroidi par en des- sous au moyen d'un réfrigérant qui pénètre dans le logement 22
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par la canalisation 23 et est évacué par la canalisation 24.
Comme le montre la figure µ, le point eutectique. de la solution de café est. le point 25 de la courbe 26. Ainsi, une solution d'extrait de -café est complètement congelée à moins
25 C, température entectique de cette solution. Aux températu- res supérieures au point eutectique, mais inférieures au. point . de congélation, l'extrait de café se trouve sous la forme d'une boue de glace. Par -exemple-, -si l'on refroidit à moins 6,6 C une solution d'extrait de café à 2C %, on obtient boue contenent
60 % de cristaux de glace et =#il SE de solution concentrée.
Cette solution concentrée contient elle-même 50 % d'extraits solides - ¯de café, le refroidissenent ultérieur augmente le pourcentage des cristaux de glacer
Si la solution de café est ainsi congelée dans un cristallisoir 10 contenant des pal-ettes d'agitation oscillantes
14, on obtient une boue dans laquelle des cristaux de glace sont répartis d'une manière relativement uniforme. Cette boue, à tem- pérature inférieures au point de congélation, est versée sur le plateau 21 pour constituer une couche 20.
En se référant à la figure 2, on voit que, si, comme -dans le procédé classique de déshydratation par congélation, une solution de café à la température de 1,6 C est versée sur le plateau 21, dont la surface supérieure 27 se trouve à moins
43 C la différence de température entre le sommet et la base de la couche 20 atteint 44 C immédiatement après cette opéra- tion.
Si l'on verse sur le plateau 21, une boue formée de cris- taux de glace et d'une solution de café, à la température de moins 23 C, la différence de température entre le somcet et la base de la couche 20 n*est plus que de 1,6 C et la partie supérieure du plateau 21 est toujours, en 27, égale à moins 43 C
Cette plus faible différence de température, dont les valeurs ci-dessus ne sont qu'un exemple non limitatif, donne une congé- lation beaucoup plus uniforme de la couche 20, si bien que l'on
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obtient un produit beaucoup plus uniforme.
Comme cela est bien connu, l'eau pure, en se conge- lant, adhère ou colle d'une manière très tenace sur une surface métallique.
Dans la mise en oeuvre-de l'invention, seuls entrent en contact avec la surface du plateau 21 les cristaux de glace déjà formés et relativement réguliers et distribués d'une maniè- -re uniforme -et le concentré extrêmement visqueux qui contient très peu d'eau. Les constituants liquides dont T'eau se trouve sous la forme concentrée extrêmement visqueuse forment un lien - très faible avec une surface métallique lors de la congélation, si bien-que la couche congelée 20 peut être séparée très facile- ainsi ment d'une courroie'que d'un plateau 21.
Un autre but important de l'invention est de fourair des voies de passages à travers la couche de substance comesti- ble déshydratée, pour réduire le temps total de déshydratation nécessaire. L'invention se proposede fournir ces voies'de pas- sages par l'introduction de gros cristaux uniformes de glace- dans le morceau de substance comestible avant sa congélation.
Ces cristaux seront- entièrement exempts de tout solide dissous ou absorbé par occlusion, qui pourrait contaminer le produit final. Lorsque la sublimation s'effectue à partir de ces gros --cristaux, des voies de passages largement ouvertes seront alors laissées au coeur du morceau de substance comestible. L'addition de ces cristaux de glace réduit le temps total de déshydratation.
Lorsqu'une plus grande quantité d'eau doit être éliminée au cours des premiers stades du processus de déshydratation par congéla- tion, le temps supplémentaire nécessaire pour enlever cette eanr additionnelle s'écoule largement au cours des stades ultérieurs et finaux ordinairement plus lents du processus de déshydrata- tion, qui sont conduits à vitesse plus grande que d-'habitude.
Dans le cas d'aliments solides, les cristaux de glace devront être produits dans le morceau de substance comestible,
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par croissance "in situ" sous des conditions contrôlées avec un faible delta. t. On pourrait; introduire les cristaux de glace dans des matieres poreuses en y pompant une boue de cristaux de glace sous pression élevée.
Une manière de former. dans une boue d*aliments non solides qui doit être-déshydratée par congé- lation consisterait à 'introduire une boue d'une solution compo- sée de 1 '-aliment et de cristaux de glace qui y ont été formés- en cristallisoir, directement dans un appareil de déshydratation- par congélation ou dans l'unité de pré-congélation d'un tel appareil.- Toutefois, pour faire croître des gros cristaux dans une solution qui laisserait des-voies de passages dans un mor- ceau de substance comestible, il est nécessaire quune faible vitesse de croissance cristalline, .soit-respectée dans le cris- tallisoir.
La faible vitesse de congélation exige une unité de grande capacité pourTe cristallisoir ou un cubage important du congélateur.
Une autre manière de laisser des canaux dans un morceau de substance alimentaire non soluble, par exemple, dans la déshydratation par congélation d'extrait de café, consiste à introduire des cristaux de glace, formés par ailleurs, dans la solution qui pénètre dans le déshydrateur par congélation.
Ces cristaux peuvent être formés plus économiquement, aux tail- les plus grandes requises dans d'autres environnements. Par exemple, on peut faire passer de l'eau dans-un cristallisoir fonctionnant avec un delta t élevé, et les cristaux ainsi formés peuvent être enlevés au moyen d'un centrifugeur ou d'un filtre, pour être introduits dans une solution alimentaire qui doit être--- déshydratée par congélation.
Dans certains cas, les cristaux de glace provenent de la section d'évacuation des solides d'un centrifugeur, à une étape donnée d'un procédé de concentration par congélation, peuvent être introduits directement dans le dispositif
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d'alimentation d'un appareil de déshydratation par congélation.
Si l'extrait, de café introduit dans le crisallisoir 10 contient
25 % d'extrait solide dissout de café, il peut y être concen- tré de façon à produire une boue de cristaux de glace dans une solutions 45 % d'extrait solide dissout de café. --On peut faire passer cette-boue dans une appareil de déshydratation par congélation pour obtenir une sublimation plus rapide, connue on l'a déjà indiqué..
REVENDICATIONS.
1. Procédé de déshydratation par réfrigération d'un compreneant liquide comestible, les opérations qui constistent à former une boue de cristaux liquides dans ce liquide comestible-et à congeler cette boue.